UN SISTEMA ELETTRONICO PORTATILE

PER ANALISI DI QUALITÀ

DEGLI OLI VERGINI DI OLIVA

L’olio vergine di oliva è una matrice lipidica di origine vegetale, è ottenuto mediante processi meccanici dalle olive e risulta caratterizzato da composti responsabili di proprietà benefiche per la salute umana, in particolare l’acido oleico e le molecole a struttura fenolica (1).

La qualità dell’olio vergine di oliva viene determinata mediante analisi chimiche e valutazione organolettica da parte di un panel di esperti. Per quanto riguarda i parametri che definiscono la qualità del prodotto, tra i più importanti vi sono l’acidità libera (prodotta soprattutto da idrolisi enzimatica dei gliceridi in relazione alla qualità delle olive usate per produrre l’olio) e il numero di perossidi (che definisce il grado di irrancidimento dell’olio, in termini di prodotti primari dell’ossidazione, ed è influenzato in particolare dalle sue condizioni di conservazione) (2).

I metodi ufficiali per la determinazione dell’acidità libera e del numero di perossidi si basano su titolazioni (3) ed utilizzano anche reagenti e solventi con un certo grado di tossicità per gli analisti e di nocività per l’ambiente in relazione al loro smaltimento; inoltre, tali analisi devono essere effettuate all’interno di un laboratorio da parte di personale specializzato. Nel caso di piccole realtà produttive che non dispongono di un laboratorio interno per l’analisi dello stato qualitativo del prodotto, vi è la necessità di spedire i campioni da analizzare a un laboratorio esterno, con relativi costi per le analisi e tempi di attesa per i risultati.

COS’È LA SARCOPENIA DA INVECCHIAMENTO

Il gruppo di ricerca dell’Università di Bologna ha, quindi, sviluppato un sistema elettronico rapido e portatile per una valutazione esplorativa in-situ dell’acidità libera dell’olio di oliva vergine (4). Il dispositivo, mostrato in Figura 1, è costituito da un supporto di plastica dalle dimensioni 11 cm x 15 cm x 5 cm e del peso di 350 g, all’interno del quale sono integrati tutti i componenti del sistema: una struttura realizzata tramite stampante 3D (MakerBot Replicator Z18) per l’alloggiamento del sensore, una scheda elettronica progettata con il software Kicad (5) per la gestione di tutte le operazioni del sistema, un display LCD per la visualizzazione dei risultati e 4 pulsanti per l’interazione tra l’utente e il sistema elettronico. Il sistema elettronico può essere alimentato a batteria (3 batterie alcaline AAA) oppure tramite una porta USB.

Figura 1. Il sistema elettronico portatile per l’analisi di qualità dell’olio di oliva.

Il sensore è costituito da una provetta in polipropilene di capacità pari a 50 mL, modificata in modo da integrare una coppia di elettrodi in acciaio inox (diametro 6 mm, separati da 12 mm) per le misure elettriche. Il sensore/provetta viene riempito con 15 mL di una emulsione realizzata con 14 mL di soluzione idroalcolica (60% etanolo, 40% acqua distillata) e 1 mL del campione di olio di oliva da analizzare. Il sistema elettronico determina la conduttanza elettrica dell’emulsione applicando agli elettrodi una differenza di potenziale sinusoidale (di frequenza 200 Hz e ampiezza 1V) e misurando la corrente attraverso gli elettrodi. La corrente misurata viene utilizzata per calcolare la conduttanza elettrica dell’emulsione che, a sua volta, viene utilizzata per stimare la qualità dell’olio di oliva.

Nel caso di campioni di olio vergine di oliva freschi (cioè prodotti di recente e, per questo, tendenzialmente caratterizzati da un numero di perossidi ben inferiore a 20 meq O₂/kg di olio, il limite previsto per gli oli di oliva classificati come “extra vergini” e “vergini”) la conduttanza elettrica dell’emulsione risulta funzione dell’acidità libera del campione di olio analizzato. Infatti, in presenza della soluzione idroalcolica, si verifica una dissociazione di idrogenioni dalla molecola degli acidi grassi liberi che porta alla produzione di specie ioniche all’interno dell’emulsione, con conseguente aumento della conduttanza elettrica (6). Il fenomeno è stato studiato testando il sistema con un set di cinque campioni di olio di girasole a cui è stata aggiunta una concentrazione variabile di acido oleico. I risultati mostrano come la conduttanza elettrica dell’emulsione aumenti secondo una funzione non lineare all’aumentare dell’acidità libera del campione.

In presenza di campioni di olio vergine di oliva ossidati (cioè caratterizzati da un numero di perossidi superiore a 20 meq O₂/kg di olio), la conduttanza elettrica dell’emulsione risulta essere anche funzione della concentrazione di composti non volatili (come aldeidi e chetoni) prodotti dall’ossidazione secondaria dell’olio. Ciò è stato dimostrato eseguendo la misura della conduttanza elettrica dell’emulsione nel caso di un medesimo campione di olio a diversi stadi di ossidazione. Un campione di olio di oliva fresco (caratterizzato da una acidità libera di 0,42% e da un numero di perossidi di 11,07 meq O₂/kg) è stato sottoposto a radiazione UV per tre settimane. Misure della conduttanza elettrica dell’emulsione sono state, quindi, effettuate prima dello stress test, così come al termine di ciascuna settimana. I risultati, presentati in tabella 1, mostrano come la conduttanza elettrica dell’emulsione aumenti con l’esposizione alla radiazione UV e, di conseguenza, con il livello di ossidazione dell’olio.

Tabella 1. Variazione della conduttanza elettrica dell’emulsione in seguito all’esposizione a radiazioni UV.

SVILUPPO E PROGRESSIONE DELLA SARCOPENIA: MECCANISMI COINVOLTI

Poiché il sistema elettronico è stato sviluppato nell’ottica di essere utilizzato nei locali di produzione dell’olio, dove la temperatura ambientale non è quasi mai controllata ed è soggetta a significative variazioni, un sensore di temperatura (MCP9700A) è stato integrato all’interno dello strumento al fine di misurare la temperatura ambientale e compensare il valore misurato della conduttanza elettrica dell’emulsione in funzione della temperatura.

Il sistema di misura portatile è stato testato su un set di 40 campioni di olio di oliva così strutturato: 23 campioni di olio extra vergine di oliva, 5 campioni di olio di oliva vergine e 12 campioni di olio di oliva lampante. L’acidità libera dei campioni analizzati era compresa tra 0,19% e 3,72% mentre il numero di perossidi tra 5,81 e 96,05 meq O₂/kg. Complessivamente, 31 campioni risultavano caratterizzati da un numero di perossidi < 20 meq O₂/kg (campioni “freschi”) mentre i restanti 9 campioni da un numero di perossidi > 20 meq O₂/kg (campioni meno “freschi” irranciditi).

In Fig. 2 la conduttanza elettrica dell’emulsione viene espressa in funzione dell’acidità libera del campione per due differenti subset dei campioni analizzati (campioni freschi e campioni irranciditi). Come si può vedere, nel caso dei campioni freschi, l’acidità libera può essere stimata con buona accuratezza usando la curva di calibrazione determinata in precedenza. Nel caso dei campioni ossidati, invece, la conduttanza elettrica dell’emulsione risulta superiore a quella che si avrebbe nel caso di un campione fresco caratterizzato dalla medesima acidità libera.

Figura 2. Andamento della conduttanza elettrica dell’emulsione in funzione dell’acidità libera nel caso di campioni di olio di oliva freschi e ossidati.

La proprietà della conduttanza elettrica dell’emulsione di essere funzione sia dell’acidità libera che del livello di irrancidimento dell’olio è stata sfruttata per implementare un algoritmo che consenta di classificare il campione analizzato nelle tre classi merceologiche previste dai regolamenti comunitari: olio extra vergine di oliva (EVOO), olio di oliva vergine (VOO), olio di oliva lampante (LOO). A tal proposito l’algoritmo di machine learning k nearest neighbours (KNN) è stato implementato utilizzando come variabile di ingresso la conduttanza elettrica dell’emulsione e generando in uscita la stima della classe merceologica dell’olio analizzato. I risultati del test effettuato sul set di 40 campioni di oli di oliva sono mostrati in tabella 2. Si può notare come, in base ai risultati, il 90% dei campioni analizzati (36 su 40) viene classificato dall’algoritmo nella corretta classe merceologica determinata sulla base dei risultati ottenuti dall’applicazione dei metodi titrimetrici ufficiali (7).

Tabella 2. Risultati del test di valutazione della classe merceologica degli oli di oliva.

SVILUPPO E PROGRESSIONE DELLA SARCOPENIA: MECCANISMI COINVOLTI

In conclusione, il sistema elettronico portatile sviluppato rappresenta uno strumento efficace per una valutazione rapida, poco costosa e in-situ di uno degli aspetti qualitativi di base degli oli di oliva che potrebbe essere utilizzato, in particolare, nelle realtà produttive più piccole che non dispongono di un laboratorio interno. Questo approccio può risultare utile per analizzare in via preliminare un ampio numero di campioni e stimarne l'acidità libera a condizione che lo stato ossidativo sia conforme (valore massimo 20 meq O₂/kg olio).