Rapporto Isotopico
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Il progetto mEAT quality e l’attività di SSICA per la determinazione
dell’autenticità della carne italiana ed europea attraverso l’analisi del rapporto isotopico
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A cura dell’Area Conserve Animali
La tutela dell’autenticità nel settore della carne
Per l’elevato grado di specializzazione delle realtà coinvolte e per numero di addetti impegnati, l’industria delle carni rappresenta un settore cardine dell’economia italiana ed europea. Sebbene negli ultimi anni il consumo di carne pro capite degli abitanti della Comunità Europea sia ancora in aumento, nei prossimi 10 anni è prevista una flessione dei consumi.
In questo contesto, i consumatori hanno raggiunto un ruolo decisionale di primo piano, in quanto si dimostrano molto attenti sia agli effetti degli alimenti sulla propria salute sia al loro impatto sulla sostenibilità economica e ambientale, chiedendo di essere informati in maniera trasparente sulla qualità e sull’origine dei prodotti.
La zona geografica di origine rappresenta pertanto un valore aggiunto, spesso tutelata dai marchi DOP e IGP dall’Unione Europea, di cui l’Italia è uno dei maggiori produttori in Europa. La denominazione di origine protetta (DOP) della carne e dei prodotti derivati, disciplina non solo la zona di produzione, ma anche la genetica, l’allevamento e il regime alimentare. In questo scenario emergono ulteriori certificazioni che possono garantire specifici sistemi di produzione, tra cui “biologico”, “da allevamento all’aperto” “alimentazione ad erba (grass-fed)” o “senza uso di antibiotici” per i quali i consumatori sono disposti a pagare un sovrapprezzo.
Imitazioni, sofisticazioni e contraffazioni rappresentano un rischio potenziale per la salute dei consumatori e un danno economico e di immagine per i produttori. Nel 2021 su oltre 3700 controlli (ispettivi e analitici) effettuati su carne e prodotti a base di carne, il 16% dei campioni è risultato irregolare. Tra le frodi più comuni e di difficile individuazione sono emerse l’usurpazione o l’evocazione delle denominazioni di origine o indicazioni geografiche di salumi e insaccati, inclusa la falsa dichiarazione di origine della materia prima.
Figura 1. Tracciabilità e autenticità a tutela del consumatore
Il sistema della tracciabilità (Regolamento Europeo 178/2002), a tutela dei consumatori europei, sancisce l’obbligo di tracciare l’origine e il processo di un determinato prodotto con l’obiettivo di ricostruire, anche a ritroso, l’intero percorso di un alimento. Il Decreto 6 agosto 2020 recante “Disposizioni per l’indicazione obbligatoria del luogo di provenienza nell’’etichetta delle carni suine trasformate” estende l’obbligo di indicare sulle etichette le informazioni relative al Paese di:
- Nascita,
- Allevamento e
- Macellazione anche per le carni suine trasformate.
L’autenticità di un prodotto alimentare è la rispondenza a requisiti che garantiscono che il prodotto sia conforme a quanto dichiarato in etichetta, ed eventualmente a quanto stabilito nelle normative vigenti in merito.
Un’efficace difesa dei prodotti tipici richiede che gli organismi di controllo possano avvalersi di metodologie solide e affidabili in grado di verificare la rispondenza del prodotto con quanto dichiarato in etichetta e al contempo di fornire prove oggettive sull’origine per prevenire accidentali o deliberate frodi alimentari.
Il progetto mEAT quality
Figura 2. Logo del progetto mEAT quality
Tra le proposte della Commissione Europea all’interno del Green Deal dell’UE, la strategia Farm to Fork ha come obiettivo di ridurre le frodi alimentari prevenendole, individuandole e combattendole. Il progetto mEAT quality “Linking extensive husbandry practices to the intrinsic quality of pork and broiler meat” si inserisce in questo ambito, con l’obiettivo di
“Sviluppare nuove metodologie per determinare l’autenticità, la qualità e la sicurezza della carne per supportare le affermazioni relative alle caratteristiche intrinseche della carne e ai fattori di allevamento sostenibile”.
Nello specifico, SSICA sarà impegnata nello sviluppo e standardizzazione dei protocolli analitici, e nell’esecuzione delle analisi dei parametri di qualità intrinseca e di autenticità della carne suina (Longissimus thoracis et lumborum, LTL) proveniente da allevamenti italiani, spagnoli, polacchi e danesi.
Nello sviluppo di metodi per la verifica dell’autenticità della carne, SSICA dovrà determinare il profilo multielementare ed isotopico di carne proveniente dagli stati europei coinvolti nel progetto, per un totale di 800 campioni. I dati relativi all’autenticità della carne
saranno raccolti e correlati con i fattori di provenienza e allevamento all’interno del sistema di raccolta “Data Warehouse”, utilizzabile con la tecnologia blockchain di tracciabilità e autenticità delle materie prime.
Markers di autenticità della carne: il rapporto isotopico stabile
È tutt’oggi una grande sfida identificare un unico marker di autenticità per la carne e i prodotti di carne. Diversi approcci sono stati adottati a questo scopo.
L’analisi multielementare (elementi minerali) ha dimostrato di essere uno strumento efficace per la caratterizzazione dell’origine geografica della carne e dei suoi prodotti derivati, e in un recente lavoro svolto alla SSICA, per discriminare l’origine geografica di carne suina nazionale e estera.
La tecnica di elezione per l’autenticazione di alimenti è l’analisi del rapporto isotopico degli elementi stabili. Negli ultimi 20 anni è stato fatto ampio uso di questa tecnica per la verifica dell’autenticità di vari prodotti di origine animale come latte, miele, formaggio, uova, sia per proteggerli da sofisticazioni, sia per garantire l’autenticità geografica. Numerosi studi sono stati pubblicati riguardanti l’uso dell’analisi degli isotopi stabili sulla matrice carnea, per la caratterizzazione geografica, del regime alimentare o del tipo di allevamento (convenzionale o biologico), in particolare di bovini o ovini.
Pochi studi a tutt’oggi sono riportati riguardanti la carne suina, o i salumi. Questa tecnica, anche abbinata all’analisi multielementare, ha permesso, attraverso l’analisi statistica multivariata dei dati ottenuti, di caratterizzare la carne fresca sulla base dell’origine geografica, dell’alimentazione, delle pratiche di allevamento.
Figura 3. Strumentazione IRMS presso la SSICA per
l’analisi del rapporto isotopico degli elementi stabili
Ogni organismo animale o vegetale possiede una propria composizione isotopica naturale che è correlata all’origine geografica e ai processi chimico-fisici che avvengono durante il metabolismo e rappresenta “l’impronta digitale” o “firma isotopica” caratteristica. La materia organica è composta da diverse forme isotopiche degli elementi leggeri (carbonio, azoto, ossigeno e idrogeno e, in misura inferiore, zolfo).
La presenza delle diverse forme isotopiche (“abbondanza”) è condizionata da fenomeni fisici, chimici e biochimici (passaggi di stato, assorbimento, reazioni metaboliche, etc.) che determinano il cosiddetto “frazionamento isotopico” alla base della variabilità degli isotopi in natura.
Attraverso la spettrometria di massa del rapporto isotopico (IRMS) (figura 3) è possibile misurare i rapporti isotopici degli isotopi stabili degli elementi leggeri (1H/2H, 12C/13C, 14N/15N, 16O/18O, 32S/34S), i quali vengono espressi in delta per mille (δ‰)
In generale, la composizione isotopica dei prodotti di origine animale dipende, da vari fattori legati al metabolismo animale, alla provenienza geografica, all’alimentazione e al processo di trasformazione.
Rapporto isotopico del Carbonio (δ13C) nella carne
Il rapporto isotopico del carbonio nei prodotti di origine animale è strettamente correlato alla dieta dell’animale, a sua volta influenzata dal metabolismo fotosintetico delle piante presenti nella dieta o dall’origine geografica del mangime, e quindi dalle condizioni climatiche e ambientali in cui i vegetali sono stati prodotti. Le piante a ciclo fotosintetico C3 e C4 hanno una diversa capacità di discriminazione isotopica nella fissazione della CO2 e quindi presentano diversi intervalli isotopici (Figura 4). Le piante C3 sono graminacee e leguminose foraggere delle aree temperate, (es. frumento, girasole, orzo e soia), mentre le piante C4 sono tipiche delle zone tropicali, come il mais, il sorgo, il miglio.
Figura 4. Variazione degli isotopi del carbonio e dell’azoto (‰)
in diversi organismi della catena trofica terrestre e marina. Fonte: ISPRA
I mangimi degli animali da allevamento possono contenere derivati da piante C3 e C4 in diverse proporzioni. Alcuni studi hanno dimostrato che il rapporto isotopico del carbonio nella carne di animali da allevamento dipende dal sistema di alimentazione e dall’origine geografica.
Laddove le norme sull’alimentazione animale sono regolamentate, come nel caso dell’allevamento del suino pesante nazionale per la produzione di salumi DOP italiani, la proporzione tra foraggio e mangime determina una firma isotopica caratteristica, che consente di distinguere queste produzioni di pregio da eventuali frodi. È stato osservato che in queste produzioni, dove è consentito l’uso di insilato di mais,. i valori di δ13C sono significativamente più elevati rispetto ai prodotti ottenuti da animali allevati principalmente con foraggio. Uno studio in corso presso la SSICA sull’autenticità di Prosciutti DOP Italiani, rispetto a prosciutti nazionali non DOP, esteri e spagnoli, ha confermato questo andamento, per cui il δ13C potrebbe essere considerato un marker di autenticità per alcune produzioni DOP italiane (dati non ancora pubblicati).
Rapporto isotopico dell’Azoto (δ15N) nella carne
La principale fonte di azoto nella carne è dovuta alla dieta per cui la composizione isotopica del mangime assunto dall’animale in vita
rappresenta la maggiore ragione di variabilità del δ15N nella carne.
Figura 5. Variazione del rapporto isotopico δ15N nella catena trofica
Il δ15N nelle piante da cui si ricavano i mangimi è generalmente correlato con quello del suolo dove la pianta è cresciuta. Le pratiche di fertilizzazione nelle aree coltivate influenzano ulteriormente il rapporto isotopico del terreno. I fertilizzanti sintetici, prodotti per via chimica, hanno valori di δ15N inferiori rispetto ai fertilizzanti organici. L’uso di fertilizzanti organici determina un arricchimento di 15N nel suolo e nei vegetali. utilizzati per l’alimentazione animale (Figura 5).
Il rapporto isotopico dell’azoto è stato utilizzato per discriminare il tipo di allevamento, biologico o tradizionale nella carne. I vegetali hanno una specifica firma isotopica dell’azoto; in particolare, le leguminose sono in grado di fissare l’azoto direttamente dall’aria e hanno δ15N inferiori rispetto ad altri vegetali per cui è stato possibile distinguere carne di animali allevati con una diversa proporzione di legumi nella dieta.
È stato inoltre osservato che nei tessuti animali si manifesta un arricchimento in 15N rispetto alla dieta, in quanto l’isotopo 14N è favorito durante le reazioni metaboliche che avvengono nei tessuti animali, determinandone un arricchimento nei tessuti. È possibile supporre che nei prodotti sottoposti a processi di trasformazione che includono reazioni enzimatiche, possa verificarsi il fenomeno del frazionamento. Nel prosciutto stagionato il rapporto isotopico δ15N potrebbe dipendere dalla durata della stagionatura. E’ verosimile che i fenomeni di proteolisi enzimatica che accompagnano la stagionatura, favoriscano l’arricchimento in 15N nel substrato e che δ15N diventi un marker di autenticità del prosciutto stagionato.
Rapporto isotopico dell’Ossigeno (δ18O) e dell’Idrogeno (δ2H) nella carne
Figura 6. Rappresentazione schematica del frazionamento degli isotopi
stabili di idrogeno e ossigeno durante i processi idroclimatici.
La principale fonte di ossigeno e idrogeno nei tessuti animali è rappresentata dall’acqua consumata sia come tale che integrata nel mangime. Il rapporto isotopico di ossigeno e idrogeno sono influenzati dalla posizione geografica di prelievo dell’acqua e dal luogo di produzione del mangime destinato agli animali. Il frazionamento isotopico di ossigeno e idrogeno nell’acqua sono condizionati da diversi fattori (figura 6) tra cui:
- l’evaporazione,
- il trasporto del vapore atmosferico,
- la precipitazione e il successivo ritorno delle acque meteoriche nell’oceano.
Aumentando la distanza dal mare (effetto continentale), la distanza dall’equatore e al crescere dell’altezza rispetto al livello del mare,
si osserva una graduale diminuzione dell’isotopo più pesante, 18O e 2H.
La determinazione di δ18O e δ2H si è dimostrata efficace per la caratterizzazione geografica di carne proveniente da diverse regioni italiane,
da Italia e altri paesi europei e da diverse zone del mondo.
L’effetto dell’origine della materia prima è stato confermato anche nel confronto tra prosciutti italiani e spagnoli,. dove i valori di δ2H sono risultati significativamente diversi, probabilmente per l’effetto combinato della zona geografica e delle differenze di alimentazione degli animali.
Le condizioni climatiche, come il susseguirsi delle stagioni, influenzano il δ18O. Questo, a causa dei fenomeni di traspirazione porta ad un arricchimento in 18O nelle piante. che viene trasferito alla carne, soprattutto in animali alimentati con foraggi freschi, di produzione stagionale.
Rapporto isotopico dello Zolfo (δ34S) nella carne
Figura 7. Variazione del rapporto isotopico dello Zolfo nell’ambiente.
Fonte: Nehlich, 2015
Le fonti di zolfo nella carne sono i vegetali e l’acqua potabile, le quali riflettono la geologia del terreno di provenienza. Il δ34S del suolo è il risultato dell’effetto di diverse variabili:
- la presenza di solfiti nel terreno,
- di giacimenti sotterranei o superficiali che contengono questo elemento,
- di processi microbici che portano alla formazione di solfiti,
- la vicinanza al mare (effetto sea-spray) e
- le pratiche di fertilizzazione usate. (Figura 7).
Nei terreni con una geologia caratteristica, come ad esempio i terreni vulcanici, possono emergere valori di δ34S specifici che vengono trasmessi al suolo. In alcune aree italiane il terreno è di origine vulcanica. e la firma isotopica viene trasmessa alle piante e agli animali che le consumano. Diversi studi evidenziano che la carne di animali allevati in questi luoghi presenta valori di δ34S inferiori rispetto a quelli di altri territori.
L’attività di SSICA per l’autenticità della carne: analisi del rapporto isotopico degli elementi stabili, classificazione per provenienza geografica e tipo di allevamento
Negli ultimi anni SSICA ha sviluppato tecniche analitiche per la determinazione di δ13C, δ15N, δ2H, δ18O, δ34S in standard, campioni di riferimento e matrici animali e vegetali. Dal 2023, nel progetto mEATquality, SSICA sarà impegnata nella raccolta, analisi ed elaborazione di campioni provenienti da 4 paesi europei,
ottenuti da suini di genetiche diverse sottoposti a più condizioni di allevamento (intensivo/estensivo, biologico/convenzionale), stagionalità, latitudine (nord e sud Europa).
L’analisi del rapporto degli isotopi stabili fornisce informazioni con ricadute pratiche sull’autenticità della carne. (dieta, tipo di fertilizzante, vicinanza al mare, latitudine, condizioni climatiche, caratteristiche geologiche, etc.). Questi fattori saranno messi in relazione con i risultati ottenuti dall’analisi del rapporto isotopico, .con lo scopo di contribuire alla creazione di una banca dati europea di autenticità della carne.
Tuttavia, nessuno tra i rapporti degli isotopi stabili δ13C, δ15N, δ2H, δ18O, δ34S può essere considerato un marker univoco di autenticità. Attraverso un approccio multivariato è possibile sviluppare modelli di classificazione anche combinando altri dati analitici adatti, come il contenuto di elementi minerali. I metodi statistici di autenticazione sono finalizzati alla classificazione di campioni incogniti come “autentici” o “non autentici”, o come appartenente a diversi gruppi possibili. I metodi statistici più comunemente impiegati per l’autenticità degli alimenti sono l’Analisi delle Componenti Principali (PCA) e l’Analisi Discriminante (LDA).