Tracciabilità molecolare degli alimenti

Tracciabilità molecolare degli alimenti

Definizione tracciabilità e libro bianco

La tracciabilità molecolare è la capacità di risalire all'origine di un prodotto o di un'attività attraverso identificazioni documentate. Il reg. 178 dice che è la capacità di ricostruire e seguire il percorso di un alimento, di un mangime, di un animale destinato all'alimento o di una sostanza destinata o atta ad entrare a far parte di un alimento o di un mangime attraverso tutte le fasi della produzione, della trasformazione e della distribuzione. In generale, può essere definita come la capacità di mantenere il controllo dell'origine dei prodotti e degli animali lungo i diversi passaggi della catena alimentare, dall'allevatore alla vendita al dettaglio.

Ci sono tanti tipi di tracciabilità:

• La tracciabilità convenzionale è un sistema di etichettature, gestione dei lotti produttivi, è stabilita da normative da farm to consumer.
• La tracciabilità geografica è individuare l'origine geografica di un prodotto tramite lo studio dei composti volatili.
• La tracciabilità molecolare è l'identificazione di organismi e dei loro prodotti tramite l'analisi del DNA o delle proteine.

La rintracciabilità è il percorso opposto dal prodotto del consumatore a chi lo ha prodotto lungo tutta la filiera e questa è quella che si considera come tracciabilità molecolare. Questo perché la tracciabilità non è documentale, si ha un prodotto in mano; l'unico modo per rintracciare e determinare la composizione di un prodotto è la tracciabilità molecolare. Con la tracciabilità si può avere la verifica del disciplinare di produzione o l'origine geografica del prodotto: dato stesso genotipo si può andare a definire l'origine geografica cercando qualcosa che è caratteristico dell'ambiente.

Con la globalizzazione le merci viaggiano ed è difficile determinare a priori l'origine se non lo si fa in laboratorio per verificare la provenienza del prodotto. Si può anche fare una tracciabilità di razza: facendo un'analisi della mutazione del gene MC1R per l'autenticazione del Parmigiano Reggiano prodotto esclusivamente da latte di mucche di razza Reggiana.

L'analisi del DNA negli ingredienti aggiunti al prodotto è importante perché non è necessario conoscere o saggiare gli animali che hanno generato i prodotti; è possibile lavorare a diversi livelli della filiera. L'analisi del DNA garantisce di seguire l'alimento in tutti i livelli della filiera. Ad esempio, quando si lavora con un latte questa analisi permette di determinarlo sia appena munto, che sul prodotto caseificato, che su quello conservato anche con mesi di stagionatura perché il DNA si altera ma può essere manipolato in base al grado di alterazione.

Da qui nasce il concetto di caratteristiche del DNA di un alimento perché è particolare rispetto a quello proveniente da una fonte biologica naturale; l'alimento è un sistema complesso e dinamico che è formato da uno o più ingredienti processati secondo diverse metodologie e questo si riflette sull'osservazione a carico delle singole molecole dell'alimento stesso. Il DNA negli alimenti è un DNA che ha caratteristiche tipiche del sistema food e del sistema biologico naturale; guardando un alimento si possono predire il processamento che ha subito e come ci si aspetta di trovare il DNA che fa parte.

Storia della tracciabilità

Tutta la storia della tracciabilità parte da una serie di fatti di cronaca che hanno riguardato il recente passato: negli anni '80 c'è stato il problema della mucca pazza, degli inquinamenti da diossina che hanno evidenziato dei punti di fragilità nel sistema di controllo degli alimenti e nella tracciabilità; inoltre, si è avuto un concomitante sviluppo della globalizzazione mondiale. Queste problematiche hanno messo in evidenza le carenze nella concezione e nell'applicazione della regolamentazione alimentare in seno all'Unione europea; c'è stato lo sviluppo della comunità europea e la globalizzazione ha portato allo scambio delle matrici alimentari.

Le principali mancanze erano: la non obbligatorietà di indicare l'origine delle materie prime e il luogo di produzione di un prodotto; vi era un'inadeguatezza dell'azione preventiva di vigilanza e di controllo sulle pratiche di produzione e di allevamento con una complicata metodologia di rilevazione dei trattamenti sugli animali. Inoltre, vi era una difformità nei paesi membri del regime sanzionatorio: non vi erano strumenti e metodi di rapido adeguamento delle norme e dei controlli all'evoluzione della produzione e trasformazione delle derrate e dei prodotti. Infine, vi era un'insufficiente applicazione del principio di precauzione.

Libro bianco del 2000

Il principio di precauzione permette di reagire rapidamente di fronte a un possibile pericolo per la salute umana, animale o vegetale, ovvero per la protezione dell'ambiente. Infatti, nel caso in cui i dati scientifici non consentano una valutazione completa del rischio, il ricorso a questo principio consente, ad esempio, di impedire la distribuzione dei prodotti che possano essere pericolosi ovvero di ritirare tali prodotti dal mercato. Questa situazione ha stimolato la commissione a includere la promozione di un alto livello di sicurezza alimentare tra le sue priorità politiche per gli anni consecutivi.

Il consiglio europeo ha quindi stabilito che occorre migliorare le norme di qualità e rafforzare i sistemi di controllo su tutta la catena alimentare dall'azienda agricola al produttore. Il Libro Bianco del 2000 è il primo approccio completo e integrato che pone l'idea che le procedure per la rintracciabilità alimentare sono la barriera più efficace per limitare il rischio dal punto di vista della salute dei consumatori: la sicurezza alimentare deve essere considerata il prerequisito della qualità.

La commissione formula i principi generali sui quali dovrebbe vertere la politica europea in materia di sicurezza alimentare. Gli obiettivi sono di descrivere un insieme di azioni necessarie a completare e modernizzare la legislazione dell'Unione Europea in materia di alimentazione, per renderla più coerente, più comprensibile e più elastica, per consentire una sua migliore applicazione e per apportare maggior trasparenza ai consumatori in modo da garantire un elevato grado di sicurezza alimentare.

Misure proposte dalla Commissione

La tracciabilità molecolare è un sistema a tutela del consumatore. La Commissione propone un insieme di misure che consentono di organizzare la sicurezza alimentare in modo più coordinato e integrato, comprendente soprattutto:

• La creazione di un'Autorità alimentare europea autonoma, incaricata di elaborare pareri scientifici indipendenti su tutti gli aspetti inerenti alla sicurezza alimentare, alla gestione di sistemi di allarme rapido e alla comunicazione dei rischi.
• Un quadro giuridico migliorato che copra tutti gli aspetti connessi con i prodotti alimentari, "dalla fattoria alla tavola".
• Sistemi di controllo più armonizzati a livello nazionale.
• Un dialogo con i consumatori e le altre parti coinvolte.

Inoltre, una strategia globale che si applica a tutta la catena alimentare, una definizione chiara dei ruoli di tutte le parti coinvolte nella catena alimentare (produttori di alimenti per animali, operatori agricoli e operatori del settore alimentare, gli Stati membri, la Commissione, i consumatori); la rintracciabilità degli alimenti destinati agli esseri umani e agli animali e dei loro ingredienti; la coerenza, l'efficacia e il dinamismo della politica alimentare; l'analisi dei rischi (compresa la valutazione, la gestione e la comunicazione dei rischi); l'indipendenza, l'eccellenza e la trasparenza dei pareri scientifici; l'applicazione del principio di precauzione nella gestione dei rischi.

Bisogna conoscere la storia naturale di un alimento, cioè da quali ingredienti è fatto, come viene processato e come viene conservato fino al prodotto finito. Il reg 178 è la chiave di tutto, rende applicative le linee programmatiche del Libro Bianco stabilendo i principi e i requisiti della legislazione alimentare (elevata tutela della salute umana e animale, interessi dei consumatori, pratiche commerciali leali, salvaguardia dell'ambiente); rende obbligatoria la rintracciabilità in tutte le filiere agroalimentari (art. 18): identificazione e registrazione fornitori/destinatari; istituisce l'Autorità europea per la sicurezza alimentare (EFSA).

Il reg. 178/2002 chiede agli operatori del settore alimentare: di individuare e documentare i fornitori di materie prime/ingredienti e i destinatari dei loro prodotti, di garantire la disponibilità di tali informazioni alle Autorità sanitarie competenti, tramite sistemi e procedure adeguati, di avviare procedure di ritiro se ritengono che un alimento non sia conforme ai requisiti di sicurezza degli alimenti, di informare il consumatore in modo efficace ed accurato se il prodotto non conforme è già stato acquistato. Anche gli Enti di normazione si sono interessati alla rintracciabilità: l'UNI ha pubblicato la norma 10939, che definisce principi e requisiti per organizzare un sistema di rintracciabilità di prodotto nella filiera agroalimentare.

Effetto matrice, processamento, analitica

La rintracciabilità o tracciabilità molecolare si basa sulle biotecnologie molecolari e in questo ambito le molecole che vengono più spesso utilizzate come analiti sono DNA o proteine, ovvero macromolecole informazionali in quanto la loro sintesi richiede un'informazione. Perché venga sintetizzato il DNA occorre un'informazione in quanto è formato dalla successione di seguenti basi, ovvero nucleotidi la cui sequenza è determinata dalla conformazione e la successione deriva da un'informazione che sta sul DNA. L'amido non è una macromolecola informazionale perché la successione di monomeri che lo compone non necessita informazioni in quanto si ha una serie di molecole di glucosio. Un'altra molecola è l'RNA ma non viene utilizzato perché è instabile.

È importante conoscere i metodi che si possono applicare e sapere come funzionano, originano; inoltre, è anche importante conoscere l'analita e quindi le sue caratteristiche. Gli scopi della rintracciabilità degli alimenti sono: sicurezza d'uso nei confronti del consumatore, quindi si fa riferimento alla sicurezza compositiva o per motivi igienico/sanitari; qualità nutrizionale che è l'ambito che riguarda la composizione e la biodisponibilità dei nutrienti, qualità sensoriale, ovvero organolettica; classificazione merceologica, certificazione perché chi esegue delle determinazioni emette un report/certificato, individuazione di frodi, monitoraggio di alcuni processi tecnologici.

Le problematiche analitiche riguardano la determinazione del rispetto di quanto viene dichiarato: per il consumatore si parla di ciò che viene dichiarato in etichetta, mentre per i produttori di ciò che viene indicato nel capitolato. Si parla di sofisticazione quando si ha la presenza di un elemento nell'alimento che non dovrebbe essere presente, quindi si parla di dolo; si parla di sostanze contaminanti come sostanze che sono soggette a limiti massimi di concentrazione stabiliti dalla legge e in questo caso quando si trovano nel prodotto sono accidentali.

Per fare queste analisi, ci sono tecniche strumentali analitiche convenzionali: HPLC, spettrofotometro di massa, NMR, infraosso, elettroforesi capillare; queste tecniche richiedono uno strumento (spettrofotometro o cromatografo) e per le biotecnologie molecolari non si usano macchine in quanto lo strumento sono le molecole. Si utilizzano le molecole e le si studiano come strumenti a fini analitici. Ad esempio, nel caso della PCR, lo strumento è l'enzima DNA polimerasi e anche i primer; un termociclatore è un bagnetto termostato computerizzato che scalda e raffredda secondo un certo programma, non è lo strumento.

Con le macromolecole informazionali si possono fare diverse indagini come la detection degli OGM, il rispetto di un disciplinare, verificare l'attività di enzimi, determinare proteine tossiche, la presenza di glutine che è una problematica legata alla tutela del consumatore, effetti del processamento degli alimenti soprattutto sulla qualità dell'analita.

Questi studi e determinazioni vengono fatti con saggi/metodi basati sulla specificità di riconoscimento delle macromolecole informazionali, quindi gli strumenti sono proteine, enzimi e acidi nucleici che per fare il loro mestiere di riconoscimento usano una forma di riconoscimento molecolare. Ad esempio, nelle proteine il riconoscimento può avvenire con un anticorpo nei confronti di un antigene, oppure con una proteina che riconosce un'altra proteina, o una proteina che riconosce un composto non proteico o una catena oligosaccaridica. Si possono anche fare misure di attività enzimatica diretta o indiretta. Infine, con gli acidi nucleici il riconoscimento è basato su sonde oligonucleotidiche che sono frammenti di DNA a singolo filamento in grado di interagire con molecole della stessa natura rese in singolo filamento.

In particolare, con gli acidi nucleici e le sonde oligonucleotidiche si usano due tecniche principali: PCR e Southern blotting; nella PCR il primer riconosce il filamento del DNA in quanto è specifico per una determinata sequenza presente sul frammento target, quindi la PCR è una metodica che utilizza come strumento un enzima e si basa per la rilevazione di un frammento bersaglio tramite l'interazione del primer sul frammento stesso. Con il Southern blotting si ha sempre il riconoscimento sulla sequenza target ma non avviene l'amplificazione successiva in quanto la visualizzazione dell'interazione con la sequenza target avviene in modo diverso.

I formati analitici più utilizzati sono quindi: immunochimici, basati sull'elettroforesi con il riconoscimento di patter proteici di riferimento specifici, enzimologici, DNA ricombinante. Quando si fa un'analisi bisogna conoscere molto bene le caratteristiche chimico fisiche e biologiche dell'analita, ma anche l'oggetto dell'analisi, ovvero l'alimento e la conoscenza di ogni dettaglio dell'alimento che si sta manipolando è molto importante e bisogna considerare diversi aspetti: composizione, natura chimico-fisica (idrofobico, composizione bilanciata o sbilanciata), quali trattamenti ha subito durante la preparazione, pH, Sali presenti, ingredienti che possono interagire con le molecole di altri ingredienti. Un alimento è un sistema multicomponente, è un sistema biologico che deriva da sistemi biologici e i componenti/ingredienti sono soggetti a variazioni compositive perché interagiscono tra loro, si possono allontanare, possono precipitare.

Bisogna conoscere la matrice da un punto di vista dalla composizione e anche dalla sua storia produttiva perché tutto questo determina l'effetto matrice quando poi si fa l'analisi, ovvero come la composizione dell'alimento influenza il risultato dell'analisi. Gli effetti matrice possono essere dati da tanti fattori: durante la preparazione di un alimento avvengono una serie di eventi chimici, catalizzati da enzimi che portano a una continua trasformazione della matrice e gli alimenti derivano da sistemi biologici; quando si manipola una matrice biologica con il processamento si ottiene la decompartimentazione dei distretti cellulari, ovvero le cellule si rompono (nucleasi danneggiano il DNA).

L'accettazione del danneggiamento è in funzione del tipo di analisi che si farà, la tolleranza può essere diversa. Si può avere anche la formazione di polifenoli che sono dei fattori negativi perché interagiscono in modo molto stretto con affinità elevata con il DNA e quindi una matrice in cui sono molto presenti i polifenoli, questi sequestrano il DNA che non sarà più in grado di essere determinato, quindi si fanno tante sottostime. Lo stesso avviene durante la conservazione perché avvengono serie di fenomeni che portano alla degradazione di proteine e di DNA.

Come evitare gli effetti matrice

Per evitare gli effetti matrice, bisogna:

• Avere la più possibile purificazione dell'analita: tanto più è puro l'analita, tanto minore sarà la resa di estrazione del DNA. Il grado di purificazione dipende dal tipo di analisi che si farà: è più facile svolgere l'analisi ma si perde in estrazione.
• Bisogna poi utilizzare un'alta selettività del test, ovvero il substrato, le condizioni operative come temperatura e pH (PCR temperatura importante ai fini della determinazione).
• In molti casi per verificare la presenza di contaminanti nella matrice si può far ricorso a uno standard interno noto qualitativamente e quantitativamente, ovvero l'addizione di quantità nota di standard a cui segue la valutazione del recupero.

L'effetto matrice può influenzare il valore della determinazione sia in positivo o in negativo, ovvero si può ottenere una sovrastima o sottostima. L'effetto matrice è un errore sistematico e si può quindi quantificare; un errore sistematico è la differenza tra il valore reale della grandezza in esame e il valore assunto dalla misura effettuata su di essa. La principale peculiarità di questo tipo di errori è la loro difficile individuazione, valutazione e determinazione in quanto non sempre facilmente riconoscibili e si avrà sempre lo stesso tipo di errore anche se si effettua la misura tante volte. È compito di chi esegue la misura accertare la presenza di questi errori in base alla sensibilità sperimentale data dalla pratica; è importante il ruolo di chi effettua le analisi, dagli strumenti e dalla conoscenza dell'analita.