Classificazione varietale Classificazione varietale Oltre che su base

Classificazione varietale

Classificazione varietale Oltre che su base geografica, molti studi di classificazione degli alimenti agiscono su base varietale, cercando cioè di distinguere alimenti ottenuti da varietà botaniche o animali differenti. Questo aspetto è altrettanto importante dal punto di vista commerciale, in quanto i disciplinari di produzione prevedono norme precise sull’impiego delle materie prime, indicando per ogni denominazione quali varietà possono essere utilizzate e fino a che percentuale massima Un esempio relativo al vino: per la DOCG italiana Barolo, il disciplinare di produzione richiede l’impiego esclusivo di uve Nebbiolo, specificando perfino i ceppi utilizzabili. È evidente, quindi, che la possibilità di riconoscere le varietà di uva da cui è stato vinificato un prodotto è molto importante Le variabili che consentono la differenziazione e il riconoscimento delle varietà sono principalmente classi di composti organici, tra cui assumono particolare rilevanza le seguenti: l i composti volatili, che formano l’aroma degli alimenti l i composti polifenolici, tra cui flavanoli, catechine, antociani, ecc. l gli aminoacidi

Distribuzione di composti Così come nella provenienza geografica di un prodotto alimentare un solo elemento è di per sè insufficiente a classificarne tipi diversi, nella distinzione varietale è la distribuzione dei composti considerati che permette la classificazione delle diverse varietà In linea di massima, i composti che si formano negli alimenti per via biosintetica sono simili per ogni varietà; lo stesso dicasi per i composti che si formano a seguito dei processi tecnologici. Quello che cambia da varietà è la distribuzione di questi composti, cioè i rapporti relativi tra composto e composto Altri processi che agiscono sulla formazione di composti organici sono la conservazione (es. vino in barrique) e l’invecchiamento: relativamente al caso del vino, ci sono senza dubbio differenze rilevanti tra vini conservati in barrique o in acciaio, e tra vini giovani e vini invecchiati. Queste differenze, spesso riconoscibili già a livello organolettico, sono evidenti in fase di analisi chimica se si conosce bene la chimica delle reazioni coinvolte

Composti volatili nel vino I composti volatili presenti nel vino sono responsabili del suo profumo. Essi hanno tendenza ad evaporare e chimicamente appartengono, tra le altre, alle famiglie dei terpeni, alcoli, aldeidi, chetoni, acidi ed esteri Sono suddivisibili in tre classi: l l l Composti primari, detti anche varietali perchè caratteristici da varietà di Vitis vinifera; tipici composti varietali sono ad esempio i terpeni Composti secondari, che si sprigionano durante i processi di vinificazione, in particolare al momento della pigiatura (prefermentativi) e durante le fermentazioni (fermentativi) Composti terziari, che si generano durante la maturazione e l’invecchiamento, in relazione anche alle condizioni di conservazione che possono essere ossidanti (a contatto con l’aria) o riducenti (in assenza di aria)

Importanza dei composti volatili Dal punto di vista della classificazione del vino, i composti volatili costituiscono una famiglia di importanza notevole. Consideriamo gli aromi primari, secondari e terziari. I primi sono particolarmente importanti nella classificazione varietale, essendo specifici per ogni varietà. Gli aromi secondari si generano nelle fermentazioni, senza differenze significative tra varietà, mentre gli aromi terziari, generati nelle condizioni di conservazione e invecchiamento, possono assumere caratteri peculiari a seconda del vitigno e del metodo di conservazione. In definitiva si tratta di variabili chimiche molto utilizzate negli studi di classificazione

Analisi GC-MS del vino La gascromatografia è particolarmente indicata per la caratterizzazione del vino e in particolare dei suoi composti volatili. Tuttavia, essendo il vino una matrice alquanto ricca di sostanze organiche disciolte, molte delle quali non volatili, spesso è opportuno procedere ad un pretrattamento del campione al fine di effettuare l’analisi nelle migliori condizioni analitiche. Inoltre, se si desidera impiegare il sistema GC-MS non è opportuno iniettare direttamente un campione come il vino tal quale, perchè lo spettrometro di massa è scarsamente compatibile con un solvente acquoso Sono possibili tre tipi di approccio all’analisi gascromatografica del vino: l l l Iniezione diretta del campione di vino (non in GC-MS) Estrazione in fase solida (SPE) Microestrazione in fase solida (SPME)

Iniezione diretta del vino Si tratta di un approccio generalmente sconsigliabile, in quanto l’alto contenuto di sostanze disciolte può causare il sovraccarico della fase stazionaria e la saturazione del rivelatore, essendo molto delicato lo spettrometro di massa. Dal punto di vista cromatografico, essendo presenti nel vino alcune sostanze volatili a concentrazione molto elevata (alcol etilico, metilico e benzilico), la separazione dei composti a concentrazione minore può essere difficoltosa Limitando al massimo il volume di campione iniettato nel gascromatografo, si possono ottenere dei cromatogrammi dai quali identificare la presenza degli alcoli superiori e dei principali composti organici presenti

Estrazione in fase solida del vino Nell’estrazione in fase solida (SPE) il campione di vino è fatto fluire attraverso una colonna contenente materiale sorbente, in grado di trattenere selettivamente alcune classi di sostanze, le quali sono poi desorbite con un opportuno solvente. Il solvente può essere iniettato in colonna con maggiore facilità in quanto avrà un contenuto di sostanze disciolte nettamente inferiore rispetto al campione originario Attivazione del materiale sorbente Passaggio del campione sulla colonnina con trattenimento selettivo degli analiti Lavaggio per eliminare specie indesiderate Desorbimento (eluizione) degli analiti trattenuti con un opportuno solvente

Microestrazione in fase solida del vino Nella microestrazione in fase solida (SPME) una fibra ricoperta di materiale sorbente è immersa nel campione di vino oppure nello spazio di testa in recipiente chiuso (1); le sostanze che hanno affinità per la fase sorbente vengono estratte (2) e possono essere rilasciate per riscaldamento della fibra (3), cosa che può avvenire nell’iniettore di un gascromatografo (4). In questa tecnica, il carico di sostanze disciolte nella colonna è del tutto irrilevante, in particolare nella versione che agisce sullo spazio di testa 1 2 3 4

Esempio di analisi GC-MS Quale che sia il tipo di pretrattamento, l’analisi GC-MS dei composti volatili permette di determinare un numero elevato di sostanze, quindi di avere un set di dati molto ampio. In un vino sono determinabili 50 -100 sostanze aventi caratteristiche di volatilità, in prevalenza alcoli, terpeni ed esteri. Con opportuni trattamenti, è possibile ampliare ulteriormente il gruppo di composti, a vantaggio della possibilità di caratterizzare le varietà Nella figura è riportato un esempio di analisi GC-MS di un estratto SPME da vino Nebbiolo

Classificazione di Nebbioli In Piemonte sono prodotti alcuni vini a partire dal vitigno Nebbiolo, che si differenziano per i cloni impiegati, per il tempo di invecchiamento e per la zona geografica di produzione. Le varietà sono: l Barolo, il più pregiato, con 3 anni di invecchiamento l Barbaresco, pregiato come il Barolo, con 2 anni di invecchiamento l Nebbiolo d’Alba, 1 anno di invecchiamento l Roero, 8 mesi di invecchiamento l Langhe Nebbiolo, il più giovane e meno pregiato, con 6 mesi di invecchiamento La possibilità di differenziare i Nebbioli più pregiati da quelli più commerciali è importantissima, visto il valore dei vini invecchiati

Lo studio illustrato riguarda 68 campioni di Nebbioli piemontesi delle 5 cinque varietà citate in precedenza: Barbaresco, Barolo, Langhe Nebbiolo, Nebbiolo d’Alba e Roero. La classificazione è significativa sia dal punto di vista geografico, in quanto le zone di produzione sono diverse tranne che per il Langhe Nebbiolo, sia dal punto di vista varietale in quanto i vini più pregiati sono prodotti da cloni selezionati del vitigno Nebbiolo; infine, è interessante anche dal punto di vista tecnologico, potendo mettere in evidenza le peculiarità indotte dall’invecchiamento

Sui 68 campioni di Nebbioli sono stati determinati i composti volatili, estratti con la tecnica SPME in spazio di testa. Questa variante è efficace nella determinazione di composti particolarmente volatili Utilizzando i dati derivanti dalle 35 variabili determinate (per lo più alcoli, esteri e terpeni) si ottiene una prima, buona classificazione mediante l’analisi a cluster, il cui dendrogramma mostra un gruppo composto dai vini pregiati, Barolo (BR) e Barbaresco (BB), uno contenente prevalentemente Nebbiolo d’Alba (NA) e uno contenente i vini meno pregiati Roero (RO) e Langhe Nebbiolo (LN)

L’analisi delle Componenti Principali mostra che i campioni si raggruppano in maniera conseguente alla classificazione commerciale, quindi sono facilmente distinguibili dal punto di vista chimico sfruttando la determinazione dei composti volatili È interessante notare come i gruppi siano disposti in un ordine che riflette quello di invecchiamento, con i vini più invecchiati sulla sinistra e quelli giovani sulla destra. Ciò significa che la PC 1, benchè sia una variabile puramente matematica, è strettamente legata all’invecchiamento

Le variabili più discriminanti Nelle analisi chemiometriche descritte sui Nebbioli, i composti che hanno il maggior potere discriminante in questo schema di classificazione sono gli esteri. I più importanti risultano essere etil-2 -metilpropanoato, 3 -metilbutil esanoato, etil decanoato, dietil succinato, etil-3 -metilbutanoato ed etil ottanoato. Ciò può essere spiegato con la chimica del vino: l l Gli esteri formati dalla reazione dell’etanolo con i principali acidi del vino (tartarico, malico, lattico, succinico), anche chiamati esteri acidi, tendono ad aumentare con l’invecchiamento, benchè le velocità di esterificazione siano molto basse; lattico e succinico sono i più reattivi, tartarico il meno reattivo Gli esteri formati durante il processo di fermentazione, o esteri neutri, tendono a diminuire per idrolisi perchè, nei vini giovani, sono prodotti in concentrazioni superiori a quanto permesso dalle condizioni di equilibrio; gli esteri non etilici, l’esanoato, ottanoato e decanoato di etile si comportano in questo modo

Un altro studio di classificazione varietale riguarda vini bianchi tedeschi di particolare pregio. Si tratta di 90 campioni di vini delle varietà Mueller. Thurgau, Silvaner e Riesling. È possibile discriminare i vini sulla base del contenuto di terpeni, composti varietali per eccellenza in quanto presenti nell’uva in quantità variabile a seconda della varietà Alcuni esempi di terpeni sono geraniolo, nerolo, citronellolo e linalolo ossido. Nel vino essi hanno concentrazione molto basse, dell’ordine dei µg/l. Soltanto una tecnica come la GC-MS è in grado di riconoscerli e determinarli quantitativamente geraniolo nerolo citronellolo linalolo ossido A

L’analisi discriminante sui dati dei 90 vini permette una buona classificazione. Nel grafico di sopra sono stati utilizzati come variabili i terpeni linalolo ossido A (trans), -terpineolo, 2, 6 dimetil-3, 7 -ottadien-2, 6 -diolo e b-citronellolo, mentre nel grafico di sotto la classificazione è ottenuta con i terpeni 3, 7 -dimetil-2, 6 -ottadien -1 -olo, linalolo, hotrienolo, bcitronellolo e geraniolo In entrambi i casi la distribuzione dei composti terpenici rende possibile la discriminazione tra i tre vini

Combinazione di variabili La combinazione del profilo terpenico con alcuni composti dipendenti dall’invecchiamento (1 -esanolo, 2 -furancarbossialdeide, dietil succinato, alcol feniletilico, alcol benzilico, acido esanoico) permette di allargare la classificazione a sei vini della stessa area di prodizione, ovvero Müller. Thurgau, Riesling, Silvaner, Scheurebe, Weißer Burgunder e Gewürztraminer È evidente che il profilo terpenico è promettente dal punto di vista della classificazione varietale, soprattutto per vini aromatici che presentano un elevato contenuto di terpeni, es. Moscato

Composti fenolici nel vino I composti fenolici o polifenoli hanno un ruolo importantissimo nel vino. Innanzitutto sono responsabili delle differenze tra vini bianchi e rossi, soprattutto per colore e aroma. In secondo luogo, hanno proprietà antiossidanti e battericide. Chimicamente, si distinguono per la presenza di due o più gruppi fenolici, e sono suddivisibili nelle seguenti famiglie: l l l Flavonoidi, sostanze pigmentate con struttura caratteristica costituita da due gruppi benzenici uniti da un eterociclo con un atomo di ossigeno Acidi fenolici, come gli acidi benzoici e gli acidi cinnamici derivati degli acidi fenolici, come gli stilbeni tra cui il resveratrolo

Gli antociani sono composti polifenolici del gruppo dei flavonoidi. Essi vengono sintetizzati nelle bucce dell’uva, ai cui frutti impartiscono il colore che, a seconda degli antociani presenti, può essere verde-giallo, rosa, rossovioletto, rosso-nero e blu-nero Nell’uva Vitis vinifera esistono cinque tipi di antocianine: Cianidina, Delfinidina, Malvidina, Peonidina e Petunidina Esistono poi alcuni derivati di questi cinque composti-base, in particolare gli esteri formati dal glucoside con l’acido acetico e p-cumarico

Gli antociani si trovano in strutture diverse a seconda del p. H Il contenuto di antociani è uno dei parametri utilizzati per la classificazione tassonomica dell’uva. Ci sono studi che dimostrano la possibilità di sfruttare il profilo antocianico per la classificazione varietale dei vini

In questo studio sono confrontate le distribuzioni di antociani in 32 varietà di uve coltivate nella regione di Murcia (Spagna sudorientale). Lo studio è effettuato con la tecnica cromatografica HPLC, con la quale si possono separare e determinare 15 composti antocianici: le cinque antocianine principali (Cianidina, Delfinidina, Malvidina, Peonidina e Petunidina) e i relativi cinque esteri con l’acido acetico e con l’acido pcumarico

Naturalmente, le varietà a basso contenuto di antociani sono quelle aventi bacca di colore meno intenso, ma dal punto di vista della classificazione è interessante il fatto che i vari gruppi siano caratterizzati dalla prevalenza di una o due delle cinque antocianine principali

Vini tedeschi In questo studio tedesco su 52 vini di 7 varietà diverse sono identificati 10 antociani. La separazione con analisi HPLC e l’analisi PCA dei dati permettono una buona classificazione

Mieli monoflorali Nello studio già citato sulla classificazione geografica di mieli europei, un altro schema prevede la classificazione varietale, andando cioè a discriminare mieli monoflorali ottenuti da piante diverse La classificazione è buona con dati ricavati dall'analisi Py-MS (sopra), leggermente meno buona con dati ottenuto dalla determinazione degli oligosaccaridi

Analisi IR Mentre gli esempi precedenti sono basati sulla classificazione mediante l'identificazione di analiti ben precisi, nel caso qui esposto si impiega la spettroscopia IR per la classificazione varietale di vini rossi austriaci Cabernet Sauvignon, Merlot, Pinot Noir, Blaufränkisch, St. Laurent e Zweigelt. Gli assorbimenti dei campioni alle diverse l sono impiegati come variabili

L’analisi spettroscopica è stata dapprima effettuata sui vini, ma lo spettro IR mostrava assorbimenti molto intensi dovuti a zuccheri ed acidi carbossilici, i quali mascherano il profilo polifenolico che può essere caratteristico di ogni vino; in seguito, quindi, si è scelto di lavorare su estratti ottenuti con SPE su colonna RP-C 18 ed eluizione con metanolo allo 0. 01% di HCl: questi estratti metanolici contengono i polifenoli. Inoltre, per evitare la predominanza nello spettro del segnale del metanolo, gli estratti sono stati essiccati nella cella di misura, ottenendo uno spettro IR in cui le peculiarità del profilo polifenolico sono evidenziate

Nella figura sono riportati gli spettri IR registrati nell’intervallo 1850 -800 cm-1, nella regione nota come Medio Infrarosso o MIR, degli estratti fenolici essiccati dei vini Cabernet Sauvignon (CS), Merlot (ME), Pinot Noir (PN), Blaufränkisch (BF), St. Laurent (SL) e Zweigelt (ZW) Le bande principali si trovano in tutti gli spettri con intensità relative diverse, ma ci sono piccoli, significativi shifts nelle posizioni assolute da varietà, in modo tale che lo spettro MIR può essere considerato un’impronta digitale del profilo polifenolico Il picco a 1145 cm-1 è quello in cui si notano le differenze maggiori

L’analisi CA è stata effettuata sui dati di assorbanza IR nell’intervallo 1640 -950 cm-1; dal dendrogramma in alto si nota già una buona classificazione e in particolare i vini Pinot Noir sono perfettamente separati dagli altri Effettuando la derivata prima dei dati di assorbanza si ottiene una classificazione ancora migliore (dx, sotto) in cui tutte le varietà sono ben separate L’analisi PCA, come spesso accade, conferma lo stesso risultato

Vini bianchi australiani In questo secondo caso sono studiati vini bianchi australiani delle varietà Riesling e Chardonnay, provenienti da diverse regioni vitivinicole. Lo spettro IR dei campioni è stato registrato in un intervallo 400 -2500 nm, nella regione del Near Infrared (NIR) o Vicino Infrarosso La separazione tra le due varietà è ottenibile con l’analisi PCA dei dati spettroscopici. I vini Riesling (1) e Chardonnay (2) formano due gruppi abbastanza separati

Studi misti In alcuni casi è possibile studiare contemporaneamente la distinzione geografica e quella varietale, determinando più classi di analiti e valutando quali favoriscano la prima e quali la seconda Nello studio presentato, sono stati analizzati 41 campioni di vini bianchi provenienti dagli stati dell’Ohio e della California (USA) e vinificati da varietà Chardonnay e Johannisberg Riesling. Dal punto di vista commerciale, è evidente che i vini californiani hanno maggiore rilevanza e quindi è utile differenziarli

Sui campioni sono stati determinate variabili organiche (composti volatili con GC-MS) e variabili inorganiche (elementi in tracce con spettroscopia atomica) La distinzione, già evidente con l’analisi PCA, è possibile su due livelli: l l le variabili Ca, K, Na, 2, 3 -butandiolo, 3 etossi-1 -propanoloed etil ottanoato differenziano i due vitigni le variabili Mn, alcol benzilico e 1 -esanolo differenziano dal punto di vista regionale

Distribuzione di aminoacidi Gli aminoacidi rappresentano il 30– 40% dell’azoto totale nel vino. Nel mosto, essi fungono da nutrienti per i lieviti durante la fermentazione alcolica, trasformandosi in alcoli superiori, aldeidi, esteri e acidi chetonici. Alcuni, però, sono generati nel corso di reazioni varie e nel vino sono presenti in concentrazioni discrete La loro distribuzione nel vino dipende fattori come le condizioni climatiche, la macerazione o altre pratiche vinicole da numerosi durata della

Nonostante la grande variabilità nel loro contenuto, gli aminoacidi sono stati frequentemente impiegati nella caratterizzazione varietale del vino La determinazione del profilo aminoacidico si effettua con al tecnica HPLC, rivelando gli aminoacidi separati mediante una reazione di derivatizzazione postcolonna con il reagente o-ftalaldeide (OPA)

Classificazione di vini greci Nello studio qui presentato è determinato il profilo aminoacidico (21 composti) in 42 vini bianchi greci, provenienti dalle principali regioni vitivinicole della Grecia. Il profilo, sottoposto ad analisi LDA, permette di ottenere una buona discriminazione tra vini ottenuti da vitigni diversi (sx) ma anche tra vini di regioni differenti (dx). Entrambi i parametri hanno influenza sulla distribuzione degli aminoacidi

Classificazione mediante MS Oltre agli studi di classificazione basati su parametri chimici (metalli, sostanze organiche) e spettroscopici (assorbanza IR, UV) esiste una terza possibilità, legata alla spettrometria di massa. Si tratta di effettuare la separazione cromatografica dei componenti di un campione, seguita dalla rivelazione delle sostanze separate mediante MS. Gli spettri di massa collezionati, relativi ad un singolo tempo di ritenzione o picco cromatografico, sono poi processati via software per ottenere uno spettro di massa medio su tutta la corsa cromatografica, i cui frammenti ionici possono essere impiegati come variabili in un trattamento di analisi multivariata Analogamente all'analisi multivariata basata sugli spettri IR o UV, non si cerca di identificare i singoli composti della miscela, ma si genera piuttosto una sorta di impronta digitale del campione, basata in questo caso sugli spettri di massa

Classificazione di tartufi Un esempio di questo tipo di trattamento dei dati è dedicato alla classificazione varietale di tartufi L'aspetto varietale è un argomento importantissimo nella commercializzazione del tartufo. La differenza di prezzo che ci può essere tra un Tuber Magnatum pico e un Tuber borchii è abissale; da qui la necessità di poter riconoscere eventuali adulterazioni di varietà pregiate con varietà meno nobili In realtà gli studi di classificazione sui tartufi sono alquanto rari, un po' per la difficoltà di reperire campioni certificati in quantità sufficiente ad eseguire le analisi, un po' per motivi commerciali Uno dei pochi studi di classificazione varietale è il seguente. Si utilizza il metodo di trattamento SPME per prelevare la frazione volatile del tartufo, costituita da sostanze aromatiche, frazione analizzata poi con la tecnica GC-MS. Nei cromatogrammi sono identificate numerose sostanze (alcani, alcoli, esteri, aldeidi, chetoni, terpeni, composti solforati, ecc. ) ma i singoli composti non sono usati come variabili per la classificazione. Successivamente, infatti, il cromatogramma viene trasformato in uno spettro di massa medio su tutta la corsa cromatografica; si utilizza il range di massa tra 40 e 150 u. m. a. Il metodo è di applicazione rapida; l'estrazione si effettua a 208°C su un'aliquota di pochi mg di campione

L'esito della classificazione mediante analisi discriminante è buono: si ottiene infatti una discriminazione tra le varie specie di tartufo, che permette l'identificazione di campioni incogniti