Laboratorio di chimica sperimentale

Il Laboratorio di chimica sperimentale dell’Istituto Zooprofilattico Sperimentale delle Venezie (IZSVe) sviluppa ed esegue procedure di screening rapide e accurate che mirano ad individuare analiti conosciuti e sconosciuti in matrici alimentari e biologiche.

Attività, servizi e contattiMetodi analitici e tecnologieAmbiti di applicazionePubblicazioni

Attività e servizi del Laboratorio di chimica sperimentale IZSVe

In sintesi, le attività e i servizi offerti dal Laboratorio di chimica sperimentale IZSVe sono:

  • Messa a punto ed esecuzione di metodi di screening capaci di definire l’autenticità di un cibo, individuarne l’origine geografica e confermarne la procedura di produzione
  • Analisi di metabolomica in biofluidi, tessuti animali e microorganismi
  • Screening tossicologici
  • Analisi dei macronutrienti per la generazione di etichette nutrizionali, indispensabili per mettere in commercio un alimento che ha subito un processo di trasformazione
  • Analisi dinamometriche volte a definire la consistenza di un alimento
  • Si effettua consulenza statatistica mediante analisi univariata e multivariata, volta all’identificazione di biomarcatori (geni, metaboliti o peptidici) e creazione di modelli di classificazione.

Contatti del Laboratorio di chimica sperimentale IZSVe

Direttore

Roberto Piro
SCS8 – Valorizzazione delle produzioni alimentari
Tel: +39 0444 305457
E-mail: rpiro@izsvenezie.it
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Staff

Marco Bragolusi, mbragolusi@izsvenezie.it
Alessandra Tata, atata@izsvenezie.it
Andrea Massaro, amassaro@izsvenezie.it
Tel: +39 0444 305457

Metodi analitici e tecnologie del Laboratorio di chimica sperimentale IZSVe

Il Laboratorio di chimica sperimentale IZSVe offre analisi di screening mirate (targeted), che individuano e quantificano pochi composti preselezionati, ed altri metodi non mirati (non-targeted), che forniscono il profilo chimico che caratterizza una matrice alimentare o biologica.

Analisi targeted

L’analisi targeted si concentra su analiti predefiniti ed impiega metodi analitici tradizionali. I composti vengono identificati e quantificati utilizzando materiale analitico di riferimento. Questo approccio è in generale più sensibile e l’identificazione dei composti inequivocabile. Le tecniche utilizzate sono la gas-cromatografia accoppiata alla spettrometria di massa (GC-MS) o a un rilevatore a ionizzazione di fiamma (GC-FID) e la cromatografia liquida ad alta prestazione accoppiata alla spetrometria di massa ad alta risoluzione (HPLC-HRMS) o a rivelatore a serie di fotodiodi (HPLC-DAD)

Analisi non-targeted

L’analisi non-targeted invece include il rilevamento di un profilo chimico generale (fingerprint o impronta digitale) senza una selezione preventiva degli analiti da individuare. A tal fine si usa la spettroscopia NIR, Raman, Total Reflection X-Ray (TXRF) e la spettrometria di massa ad alta risoluzione con introduzione diretta del campione (DART-HRMS e ESI-HRMS), HPLC-HRMS, GC-MS. Questi approcci forniscono una visione chimica più globale del campione, ma il set di dati risultante è genere complesso. Vengono dunque applicate tecniche statistiche avanzate di estrazione e riduzione dei dati per rilevare le variabili metaboliche più significative. Questo approccio fornisce una visione più globale del campione e consente la scoperta di marcatori chimici sconosciuti. L’individuazione dei marcatori chimici permette di effettuare studi di pathway metabolici o la creazione di machine learning volti all’autenticazione di alimenti.

Analisi dinamometria

Le analisi di dinamometria sono un semplice banco di prova capace di misurare la consistenza (texture) degli alimenti. Utilizzando sonde diverse si eseguono prove di compressione e rottura sulla pasta del pane, sulla carne, sulle verdure, uova ed ossa adatte a misurare durezza ed elasticità di un prodotto, percepirne e quantificarne le variazioni a seguito di diversi sistemi di produzione, alimentazione, processi di conservazione.

Ambiti di applicazione del Laboratorio di chimica sperimentale IZSVe

Caratterizzazione chimica e autenticità degli alimenti

Le analisi non-targeted vengono sviluppate e utilizzate per effettuare una caratterizzazione chimica e verificare l’autenticità, la provenienza, lo stato di conservazione e le procedure di produzione di matrici alimentari diverse. Una volta definito il profilo chimico di autenticità, la semplice variazione di quest’ultimo permetterà di rilevare anomalie nel prodotto. Questa comparazione dei profili chimici è possibile tramite metodi di classificazione statistica, comunemente detti di machine learning (intelligenza artificiale), in cui un algoritmo è in grado di identificare un pattern chimico di autenticità nei dati e predirne gli scostamenti. Il risultato dell’analisi è quindi “tipico” per i campioni conformi ai criteri chimici predefiniti, e “atipici” per campioni non conformi ai criteri che indicano un maggiore probabilità di adulterazione o degradazione.

Metabolomica

Le analisi non-targeted vengono sviluppate e utilizzate anche su campioni che esulano dalla chimica alimentare. La metabolomica è una tecnica potente che rileva il profilo metabolico in un campione biologico; si concentra su l’individuazione di metaboliti volatili, amminoacidi e acidi organici, metaboliti polari e metaboliti semipolari e lipidi. La sua applicazione mira la scoperta di biomarcatori responsabili di una malattia o di un’ alterata attività biologica (alterazione di un pathway metabolico). Può essere sfruttata per la caratterizzazione di una risposta biologica, per l’identificazione di di microrganismi e delle loro interazioni  (microbial networking).

Shelf life

Lo studio di shelf life permette di dichiarare la vita commerciale di un prodotto. A tal fine si effettuano analisi chimico-fisiche ripetute nel tempo per verificare le variazioni di umidità, proteine, colore, texture. Si individuano inoltre prodotti di degradazione quali le aldeidi.

Etichette nutrizionali

Si effettuano analisi dei macronutrienti finalizzate alla creazione di etichette nutrizionali. Il Laboratorio segue le disposizioni in materia di etichettatura riportate nel  Regolamento UE 1169/2011. Attraverso la spettroscopia del vicino infrarosso, unita alla quantificazione degli zuccheri mediante spettrometria e l’analisi di umidità e ceneri mediante termo-gravimetria, si determinano valore energetico, proteine, carboidrati, di cui zuccheri, grassi, di cui grassi saturi e sale in carne, formaggi, pesce. Si effettuano inoltre analisi sulla qualità dell’olio extra vergine di oliva.

Consulenza statistica

Fornendo set di dati di genomica, trascrittomica, lipidomica e metabolomica, si effettuano consulenze mirate di statistica univariata e multivariata volta all’identificazione di biomarcatori siano essi lipidi, metaboliti, geni o peptidi. Combinando le informazioni chimiche e biologiche con i giusti algoritmi,  possono essere generati sistemi di machine learning volti alla predizioni di risposte biologiche.

Pubblicazioni del Laboratorio di chimica sperimentale IZSVe

  • Tata, A., Massaro, A., Riuzzi, G.  Lanza I., Bragolusi, M., Negro A.,  Novelli, E., Piro, R., Gottardo, F. and Segato S. (2022) ‘Ambient mass spectrometry for rapid authentication of milk from Alpine or lowland forage’, Scientific Reports 12, pp. 7360.
  • Tata, A., Massaro A., Damiani, T., Piro R., Dall’Asta, C. and Suman M.  (2022) ‘Detection of soft-refined oils in extra virgin olive oil using data fusion approaches for LC-MS, GC-IMS and FGC-Enose techniques: The winning synergy of GC-IMS and FGC-Enose’, Food Control, 133, pp. 108645.
  • Tata, A, Marzoli, F., Massaro, A., Passabì, E., Bragolusi, M., Negro, A., Cristaudo, I., Piro, R. andBelluco S. (2022) ‘Assessing direct analysis in real-time mass spectrometry for the identification and serotyping of Legionella pneumophila,’ Journal of Applied Microbiology, 132, pp. 1479.
  • Bragolusi, M., Massaro, A., Zacometti C., Tata, A. and Piro, R. (2021) ‘Geographical identification of Italian extra virgin olive oil by the combination of near infrared and Raman spectroscopy: A feasibility study’, Journal of Near Spectroscopy, 29, pp. 359.
  • Massaro, A., Stella,R., Negro, A., Bragolusi, M., Miano, B., Arcangeli, G., Biancotto, G., Piro, R. and Tata, A ( 2021). New strategies for the differentiation of fresh and frozen/thawed fish: A rapid and accurate non-targeted method by ambient mass spectrometry and data fusion (part A). Food control, 130, 108364.
  • Massaro, A., Negro, A., Bragolusi, M., Miano, B., Tata, A., Suman, M. and Piro, R. (2021) ‘Oregano authentication by mid-level data fusion of chemical fingerprint signatures acquired by ambient mass spectrometry’, Food Control, 126, pp. 108058.
  • Pozzato, N., Piva, E., Pallante, I., Bombana, D., Stella, R., Zanardello, C., Tata, A. and Piro, R. (2020) ‘Rapid detection of asperphenamate in a hay batch associated with constipation and deaths in dairy cattle. The application of DART-HRMS to veterinary forensic toxicology’, Toxicon : official journal of the International Society on Toxinology, 187, pp. 122-128.
  • Riuzzi, G., Tata, A., Massaro, A., Bisutti, V., Lanza, I., Contiero, B., Bragolusi, M., Miano, B., Negro, A., Gottardo, F., Piro, R. and Segato, S. (2021) ‘Authentication of forage-based milk by mid-level data fusion of (+/−) DART-HRMS signatures’, International Dairy Journal, 112, pp. 104859.
  • Tata , A., Pallante, I., Massaro, A., Miano, B., Bottazzari, M., Fiorini  , P., Dal Prà, M., Paganini, L., Stefani, A., De Buck , J., Piro   , R. and Pozzato, N. (2020) ‘Serum metabolomic profiles of paratuberculosis infected and infectious dairy cattle by ambient mass spectrometry’, Frontiers Veterinary Science.

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