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I componenti del miele come “firma metabolica”
Il miele è un alimento prodotto dalle api mellifere (Apis mellifera L.), composto principalmente da acqua (circa il 90%) e da zuccheri come fruttosio, glucosio e saccarosio.
Inoltre, esso contiene diversi composti minoritari (vitamine, minerali, enzimi, aminoacidi liberi e composti volatili) la cui variazione quali-quantitativa è dovuta a fattori naturali ed antropici come: origine del nettare bottinato, zona di produzione, stagione di produzione, metodiche di estrazione e condizioni di conservazione.
Queste sostanze nutritive, oltre a conferire al miele proprietà organolettiche peculiari, sono utili per determinare l’autenticità del prodotto, poiché la loro presenza difficilmente può essere riprodotta artificialmente in un differente contesto ambientale e produttivo.
Alcuni composti minoritari possono essere utilizzati come “firma metabolica” per discriminare la provenienza e la qualità del miele che arriva sulle nostre tavole [1].
I fattori che incidono sulla composizione del prodotto e che determinano i parametri di autenticità sono
- L’origine del miele: che comprende l’origine geografica e l’origine botanica;
- La produzione: legata alla gestione degli alveari e alla lavorazione del miele.
Le principali contraffazioni sono incentrate sulle origini geografiche e botaniche dei mieli, soprattutto per quelli a Denominazione di Origine Protetta (DOP) e Indicazione Geografica Protetta (IGP).
Autenticazione dell’origine botanica e geografica del miele
L’origine botanica può essere facilmente determinata se il miele è prodotto totalmente o principalmente da un’unica varietà di pianta mellifera, poiché la composizione dei metaboliti, le proprietà organolettiche e le caratteristiche chimico-fisiche sono strettamente legate alla fonte vegetale.
Per mieli unifloreali l’International Honey Commission ha validato metodiche analitiche, definite “classiche” (analisi organolettica, melissopalinologica e chimico-fisiche), per il riconoscimento dei principali mieli unifloreali europei [2].
Tuttavia, le analisi classiche sono lunghe e laboriose e non possono essere utilizzate singolarmente per la determinazione di conformità del prodotto.
Inoltre, i mieli unifloreali puri sono molti difficili da ottenere, quindi, ricoprono una piccola parte della produzione globale.
L’origine geografica, tramite tecniche classiche, è determinata con l’analisi melissopalinologica associata a sistemi statistici.
Essa è una tecnica limitata al riconoscimento di mieli derivanti da specie vegetali endemiche di un determinato territorio e con caratteristiche polliniche specifiche.
Quindi, non è possibile discriminare mieli di diversa origine geografica ma che presentano stessa origine botanica [2].
Gli evidenti limiti delle metodiche classiche per determinare l’autenticità dei mieli hanno indotto l’applicazione di tecniche innovative per valutare l’origine e la qualità di questi prodotti zuccherini, utilizzando metodi analitici e statistici sempre più accurati.
I nuovi studi includono l’utilizzo di strategie di analisi mirate (profiling) e non mirate (fingerprinting) di numerose classi di metaboliti (zuccheri, fenoli, flavonoidi, amminoacidi e molecole aromatiche) e oligominerali.
Per questi studi sono utilizzate tecniche separative come cromatografia liquida e gas cromatografia (LC e GC), sistemi basati sulla spettrometria di massa e massa tandem (MS e MS/MS) ma anche metodi spettroscopici (FLD, FTIR, NIR e Raman) e tecniche di risonanza magnetica nucleare (NMR).
Inoltre, studi di genomica e proteomica sono applicati con successo sul materiale biologico contenuto nel miele.
Le applicazioni analitiche
Cromatografia
Le tecniche cromatografiche sono ampiamente utilizzate per la caratterizzazione dei mieli tramite l’identificazione di numerosi metaboliti volatili e non volatili.
Vari tipi di molecole, inclusi amminoacidi, proteine, carboidrati, composti fenolici e flavonoidi, possono essere identificati tramite cromatografia liquida accoppiata a differenti rilevatori, tra cui: spettrometri di massa e massa tandem (MS, MS/MS), rivelatori a serie di diodi (DAD), UV e rivelatori del vicino infrarosso (NIR).
La tecnica di gas cromatografia è generalmente accoppiata con rivelatori di spettrometria di massa anche ad alta risoluzione (MS e HR-MS), in combinazione con sistemi di preparazione del campione che si basano sull’adsorbimento/assorbimento di composti organici volatili (VOC) ed il loro successivo desorbimento.
Spettrometria di massa
Questa tecnica è utilizzata per l’identificazione delle molecole tramite il rapporto massa/carica (m/z), nel caso del miele sono considerati oligominerali o metaboliti marker.
La spettrometria di massa a plasma ad accoppiamento induttivo (ICP-MS) è una tecnica in grado di determinare numerose sostanze inorganiche sia metalliche che non metalliche, ed è utilizzata spesso in combinazione con sistemi statistici.
In uno studio, quarantadue elementi chimici sono stati identificati in mieli brasiliani, ed applicando differenti modelli matematici, è stato possibile discriminare l’area geografica di produzione [3].
La spettrometria di massa isotopica (IRMS) permette di distinguere campioni di miele in base ai rapporti isotopici 13C/12C e 2H/1H degli zuccheri presenti in maggior quantità (fruttosio, glucosio e saccarosio), tali rapporti devono rientrare in specifici range di variabilità per affermare che il miele non sia adulterato o per determinare l’origine geografica.
Sistemi di spettroscopia di massa a tempo di volo proton-transfer-reaction (PTR-TOF-MS) sono stati utilizzati per differenziare i mieli rispetto all’origine geografica e botanica utilizzando i composti organici volatili come marker molecolari.
Generalmente le analisi sono effettuate con tecniche preparative di intrappolamento e rilascio dei composti volatili, simili alle metodiche già citate per i rivelatori MS e HR-MS.
I composti maggioritari sono comuni a tutti i mieli mentre i composti minoritari determinano l’origine del prodotto [4].
Tecniche spettroscopiche
Mieli monoflorali e multifloreali sono stati discriminati tramite la spettroscopia di fluorescenza e spettroscopia infrarossa utilizzando tecniche statistiche.
È stato dimostrato che le caratteristiche di fluorescenza e di assorbimento di radiazione nell’infrarosso del miele dipendono dalla loro origine botanica.
Risonanza magnetica nucleare (NMR)
Questo sistema di identificazione è molto utilizzato per identificare l’origine botanica dei mieli tramite lo studio di un’ampia gamma di metaboliti.
Campioni di miele italiano, con differente origine floreale, sono stati distinti con successo utilizzando l’approccio 2D-NMR ad alta risoluzione [5].
Mentre, tramite la risonanza magnetica nucleare a basso campo (LF-1H-NMR), sono stati differenziati ottanta campioni di miele da 8 diverse fonti botaniche del Brasile [6].
La spettroscopia NMR può essere utilizzata anche per la determinazione dell’origine geografica tramite l’analisi dei saccaridi.
A esempio il miele di Corsica è stato discriminato geograficamente tra 182 campioni di miele provenienti 5 differenti Nazioni (Francia, Australia, Germania, Irlanda e Italia) utilizzando la spettroscopia 1H-NMR, associata a metodi di modellizzazione matematica [7].
Nel 2015 è stato inoltre condotto uno studio mondiale sull’autenticità del miele su 800 campioni provenienti da più di 35 Paesi utilizzando il profilo protonico-NMR.
I tipici marker metabolici delle piante mellifere sono stati utilizzati per verificare l’autenticità dei mieli monofloreali, mentre i modelli statistici hanno permesso di implementare la variabilità botanica e geografica, discriminando tra i vari mieli multifloreali.
I risultati, sebbene qualitativi, hanno confermato la capacità del metodo di rilevare l’origine geografica e botanica di mieli mono e multifloreari [8].
Conclusioni
L’applicazione di tecniche innovative per l’autenticazione del miele è fondamentale per contrastare le frodi alimentari e per preservare i prodotti di qualità ed i loro produttori, penalizzati da un commercio sempre più globalizzato ma poco controllato.
Speriamo che tu abbia trovato la lettura di questo articolo sulle tecniche innovative per determinare la provenienza del miele interessante. Per altri contenuti simili, consulta la sezione Blog del nostro sito web. E se vuoi restare sempre al passo con le ultime novità in fatto di Agrifood, iscriviti alla nostra Newsletter!
[1] E. Schievano, E. Morelato, C. Facchin, S. Mammi. Characterization of markers of botanical origin and other compounds extracted from unifloral honeys. Journal of Agriculture and Food Chemistry, 2013, 61, 8, 1747–1755. https://doi.org/10.1021/jf302798d
[2] L. Persano Oddo, R. Piro. Main European unifloral honeys: Descriptive sheets. Apidologie, 2004, 35 (Suppl. 1), S38-S81. http://dx.doi.org/10.1051/apido:2004049
[3] B. Batista, L. Da Silva, B. Rocha, J. Rodrigues, A. Berretta-Silva, T. Bonates, V.S.D. Gomes, R.M. Barbosa, F. Barbosa. Multi-element determination in Brazilian honey samples by inductively coupled plasma mass spectrometry and estimation of geographic origin with data mining techniques. Food Research International, 2012, 49 (1), 209-215. https://doi.org/10.1016/j.foodres.2012.07.015
[4] E. Schuhfried, J. Sánchez del Pulgar, M. Bobba, R. Piro, L. Cappellin, T.D. Märk, F. Biasioli. Classification of 7 mono-floral honey varieties by PTR-ToF-MS direct head-space analysis and chemometrics. Talanta, 2016, 147, 213-219. https://doi.org/10.1016/j.talanta.2015.09.062
[5] M. Lolli, D. Bertelli, M. Plessi, A.G. Sabatini, C. Restani. Classification of Italian honeys by 2D HR-NMR. Journal of Agriculture and Food Chemistry, 2008, 56 (4), 1298-1304. http://dx.doi.org/10.1021/jf072763c
[6] R.d.O.R. Ribeiro, E.T. Mársico, C.d.S. Carneiro, M.L.G. Monteiro, C.A. Conte Júnior, S. Mano, E.F.O. de Jesus. Classification of Brazilian honeys by physical and chemical analytical methods and low field nuclear magnetic resonance (LF 1H NMR). LWT-Food Science and Technology, 2014, 55 (1), 90-95. https://doi.org/10.1016/j.lwt.2013.08.004
[7] J.A. Donarski, S.A. Jones, A.J. Charlton. Application of cryoprobe 1H nuclear magnetic resonance spectroscopy and multivariate analysis for the verification of corsican honey. Journal of Agriculture and Food Chemistry, 2008, 56 (14), 5451-5456. https://doi.org/10.1021/jf072402x
[8] M. Spiteri, E. Jamin, F. Thomas, A. Rebours, M. Lees, K.M. Rogers, D.N. Rutledge. Fast and global authenticity screening of honey using 1H-NMR profiling. Food Chemistry, 2015, 189, 60-66. https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2014.11.099
Fabio Salafia
Dottore di Ricerca in Chimica, Fabio si dedica da anni allo studio di alimenti e di sostanze nutraceutiche tramite tecniche innovative. Le sue idee e la sua voglia di sperimentare, non solo in ambito scientifico, lo hanno sempre spinto verso progetti innovativi.
