CRPV, Autore presso Agrinotizie

CRPVCRPVMarzo 12, 2021
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Aumentare la competitività delle aziende agricole di montagna e di alta collina della Valmarecchia valorizzando la biodiversità cerealicola in regime biologico: questo è Sgranava (Salvaguardia e valorizzazione grani antichi Valmarecchia), il Gruppo operativo per l’innovazione (Goi) finanziato dal Psr della Regione Emilia-Romagna.

Il progetto, che si è concluso nel 2020, ha visto la coltivazione, nel territorio della Valmarecchia, di frumenti “antichi”, rappresentati da popolazioni locali e varietà storiche di frumenti teneri e duri, con l’intento di verificare se questa possa essere una scelta premiante per un territorio considerato “svantaggiato” come quello di riferimento, dove peraltro stanno sorgendo realtà di cooperazione tra agricoltori della zona come Valmarecchia Bio Natura, che coltiva e trasforma in farine biologiche queste vecchie varietà.

Il Goi ha visto la partecipazione, come partner leader, della Fondazione Valmarecchia di Novafeltria (Rimini) e ha coinvolto due centri di ricerca (CREA – Centro di ricerca Genomica e Bioinformatica di Fiorenzuola d’Arda-PC, CRPV – Centro Ricerche Produzioni Vegetali di Cesena) e cinque imprese agricole: La Fraternità Soc. Coop. Sociale (San Leo, Rimini), Az. Agr. Marzocchi Arianna (Novafeltria, Rimini), Az. Agr. Poggioli Roberto (Novafeltria, Rimini), Az. Agr. F.lli Corelli (Pennabilli, Rimini) e l’Az. Agr. Corelli Alessandro (Pennabilli, Rimini).

Gli obiettivi del progetto erano volti a individuare le antiche varietà di grani locali sul territorio della Valmarecchia attraverso un’operazione di ricerca storica e di scouting, per poi passare alla descrizione e valutazione in termini di impronta genetica, caratteristiche morfo-fisiologiche, sanitarie, tecnologiche e produttive, fino ad arrivare all’attitudine panificatoria, dei diversi materiali reperiti. Le accessioni ritenute più interessanti sono state moltiplicate per soddisfare eventuali richieste di campioni di semente da parte degli agricoltori della zona.

Il progetto si è articolato su sei fasi di sviluppo dell’innovazione:

1. La Fondazione Valmarecchia ha individuato i materiali genetici (varietà, ecotipi, popolazioni, linee migliorate) originari o quantomeno caratteristici per rilevanza sociale ed economica, del territorio della Valmarecchia, prendendo a riferimento il periodo storico che arriva fino a circa metà novecento.

Alcuni esempi del materiale d’archivio e delle interviste effettuate

2. Il CREA‐GB di Fiorenzuola dell’Arda (Piacenza) ha descritto le antiche varietà/popolazioni di frumento reperite e ha svolto il processo di selezione conservatrice. Sulle piante ha rilevato le caratteristiche morfologiche, fenologiche e agronomiche. Sulle sementi è stato effettuato il controllo dell’identità varietale con l’utilizzo di marcatori molecolari, mentre sui materiali moltiplicati sono stati determinati germinabilità e peso medio dei semi.

Esempio di una scheda descrittiva

3. I materiali reperiti sono stati sottoposti a valutazione agronomica a cura di CRPV, in collaborazione con la coop. soc. La Fraternità, presso l’Az. Agr. Marzocchi a Novafeltria. Per le nove varietà in prova nel corso del biennio 2019 e 2020, sono state valutate le principali caratteristiche morfo-fisiologiche (tolleranza al freddo, epoca di spigatura, altezza della pianta, suscettibilità alle malattie, tolleranza all’allettamento), produttive, qualitative e sanitarie (peso ettolitrico, peso medio cariossidi, proteine, alveogramma di Chopin, micotossine).

I campi di valutazione agronomica del 2019 e 2020

4. Sui campi di valutazione agronomica, la Coop. Soc. La Fraternità ha svolto un’operazione di selezione massale con lo scopo di ottenere del materiale di riproduzione selezionato da mettere a disposizione degli agricoltori aderenti al gruppo operativo.

5. Partendo dalle farine ottenute dai cereali delle prove agronomiche, la Fondazione Valmarecchia ha svolto due panel test sui pani per descriverne le principali caratteristiche organolettiche (alveolatura, sapidità, crosta, consistenza della mollica, permanenza dell’aroma e raffermimento) allo scopo di individuare le varietà che meglio si possono prestare per la valorizzazione di prodotti da forno tipici della zona.

Il panel test sui pani (2020)

6. Le varietà antiche sono state riprodotte presso la sezione del CREA di Fiorenzuola d’Arda (PC) in condizioni di purezza su delle filette. Scopo di questa fase era quello di ottenere il seme necessario per soddisfare le future richieste di campioni da parte degli agricoltori della zona.

Alcune delle accessioni riprodotte in purezza

Come detto, le valutazioni agronomiche dei materiali reperiti e sottoposti al controllo dell’identità sono state svolte a Novafeltria nel corso del biennio 2018/19 e 2019/20. Se dal punto di vista produttivo non si sono osservate grosse differenze, con valori medi intorno alle 2 t/ha e con un picco di 3 t/ha fatto segnare dal Grano del Miracolo nel 2020, da quello qualitativo si evidenziano senz’altro maggiori specificità; ad es. Terminillo si distingue per l’ottimo peso ettolitrico mentre per quanto riguarda le proteine le varietà migliori sono state i grani duri (Saragolla e Grano del miracolo), Ardito e Frassineto. Le caratteristiche tecnologiche delle farine ne indicano una destinazione d’uso per panificazione col tradizionale lievito madre, oppure da destinarsi per prodotti da forno a bassa lievitazione come grissini, crostate e per prodotti tipici come le piadine. Ottima, infine, la salubrità delle produzioni per quanto riguarda il contenuto in micotossine, quasi sempre al di sotto del limite di rilevabilità.

Nel 2019 e 2020 sono stati eseguiti anche due panel test per l’analisi sensoriale (alveolatura, sapidità, crosta, consistenza della mollica, permanenza dell’aroma e raffermimento) dei pani ottenuti dalle singole varietà in prova. Nel secondo panel test, avendo variato la tecnica di lavorazione (è stato impiegato del lievito madre), si sono ottenuti pani con un minor numero di difetti, soprattutto a livello di struttura, rispetto al primo anno quando si è impiegato il lievito di birra. Nel 2020, si sono collocati in vetta per giudizio sintetico Gentil Rosso e Saragolla, con lo stesso punteggio, seguiti dal miscuglio (Rieti, Verna e Mentana) e Terminillo.

Presso il CREA‐GB, che ha provveduto alla riproduzione in purezza delle varietà individuate (Ardito, Frassineto, Gentil Rosso, Grano del miracolo, Inallettabile, Mentana, Rieti, Saragolla, Terminillo) sono state rese disponibili quantità modiche di semente per gli agricoltori del territorio di riferimento, con le sufficienti garanzie di corrispondenza varietale.

In conclusione, queste antiche varietà di cereali si prestano a essere coltivate in regime biologico e in aree marginali (montagna, terreni poco fertili, ecc.) perché hanno minori esigenze durante la crescita, il che le rende un’alternativa sostenibile dal punto di vista ambientale ed economico, soprattutto laddove i grani moderni non riescono ad esprimere le loro potenzialità, nonché un’opportunità in più per la valorizzazione dei prodotti del territorio.

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Spiga di Grano del Miracolo

Gli autori

Cristina Ferri1, Lucia Draghi1, Lorenzo Valenti1, Valeria Terzi2, Caterina Morcia2, Claudio Selmi3, Pieralberto Marzocchi4

  1. Fondazione Valmarecchia
  2. CREA Centro di ricerca Genomica e Bioinformatica
  3. CRPV
  4. Azienda agricola

Iniziativa realizzata nell’ambito del Programma regionale di sviluppo rurale 2014-2020 – Tipo di operazione 16.1.01 – Gruppi operativi del partenariato europeo per l’innovazione: “produttività e sostenibilità dell’agricoltura” Focus Area 4A – Progetto “SGRANAVA – Salvaguardia e Valorizzazione Grani Antichi della Valmarecchia”.

CRPVCRPVFebbraio 17, 2021
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Il progetto RI.COL.MA (RIcupero, Caratterizzazione, COLtivazione del Mais Antico) è finanziato dal PSR 2014-2020 della Regione Emilia-Romagna. Obiettivo generale di RI.COL.MA è censire, recuperare, conservare e caratterizzare dal punto di vista morfologico, genetico, agronomico e tecnologico le varietà di mais tradizionali presenti in Emilia-Romagna, abbandonate da tempo dalle grandi colture e che rappresentano fonti di variabilità genetica per caratteristiche qualitative della granella e per adattamento all’ambiente. Le informazioni ottenute saranno rese disponibili attraverso attività di disseminazione e formazione che permetteranno alle aziende che intendono utilizzare le varietà tradizionali di mais di sviluppare nuove filiere produttive e, nello stesso tempo, di conservare il patrimonio storico e culturale alla base della biodiversità maidicola. Il progetto vede coinvolte l’Università Cattolica del Sacro Cuore di Piacenza, l’Università degli Studi di Pavia, il CRPV (Centro Ricerche Produzioni Vegetali) e otto aziende agricole emiliano-romagnole.

Il mais in Europa

A partire dalla prima espolorazione delle Antille nel 1492, nel corso dei secoli l’Europa ha costantemente importato mais da ogni regione del continente americano, dapprima dall’America latina. Le vie di introduzione erano essenzialmente due:

  1. invio di piccoli campioni di mais con particolari caratteristiche a botanici e studiosi;
  2. trasporto per via marittima come parte non utilizzata delle vettovaglie di bordo.

Se i piccoli campioni di seme potevano provenire anche da zone interne, impervie o lontane dalle vie di comunicazione, i rifornimenti di bordo erano recuperati nelle isole e nelle zone costiere del centro e sud America, favorendo i tipi indurata più adatti a tollerare l’umidità delle stive durante i lunghi viaggi in mare. Solo nel XVII secolo arrivarono i mais delle regioni settentrionali d’America.

La coltivazione del mais in Europa fu fallimentare per molto tempo, i mais che arrivavano nel continente erano razze tropicali che, nelle zone di origine si coltivano durante l’inverno: sono delle razze a fotoperiodo corto (fioriscono se stimolate dalla durata del giorno inferiore alla durata della notte). Le coltivazioni primaverili/estive (a fotoperiodo lungo) dell’Europa non erano idonee alla fioritura del mais che avveniva nel tardo autunno e non dava tempo ai semi di maturare.

Con il perdurare delle esplorazioni del continente americano, dell’introduzione di germoplasma e delle prove di coltivazione, si affermarono dei genotipi precoci e a fotoperiodo indifferente che riuscivano a fiorire e a far maturare i semi prima dell’arrivo della brutta stagione: l’era del mais in Italia ed Europa era iniziata. La prima transazione commerciale di mais si ha nel 1601 nel feudo di Valmareno (Treviso) per il vettovagliamento delle miniere: da allora il mais prese ampia diffusione nelle campagne per soddisfare le esigenze della popolazione in un periodo caratterizzato da frequenti vicende belliche che rendevano disastrose le condizioni di sopravvivenza nelle campagne.

Nel corso di quattro secoli la variabilità genetica fu sottoposta a una forte selezione e ricombinazione che originò l’ampio panorama di varietà tradizionali italiane. Fattori chiave di quest’opera furono la necessità di adattamento alle molteplici condizioni agroclimatiche italiane, le preferenze culturali, la necessità di conservare il seme durante gli inverni umidi e freddi e l’alimentazione a base di polenta di mais molto simile alla puls degli antichi romani.

Germoplasma maidicolo italiano

L’ampia diffusione del mais in Italia deve il merito ai molti agricoltori che hanno scelto e moltiplicato i genotipi più adatti alle diverse condizioni. Durante l’Ottocento gli agronomi come Mathieu Bonafous, Tamaro e Zago iniziarono a studiare i diversi genotipi proponendo quelli più adatti alle diverse aree del paese. Nel 1916 Venino illustrava le 12 varietà migliori sulla base di prove comparative morfologiche e di qualità della granella, nel 1919 Nazareno Strampelli presenta alcune varietà da lui ottenute alla Stazione di Granicoltura di Rieti. Nel 1920, a Curno, viene inaugurata la Stazione Sperimentale di Maiscoltura sotto la direzione di T.V. Zapparoli che, durante i sui 23 anni di direzione, promosse l’attività di ricerca genetica e agronomica volta al miglioramento delle varietà di mais dell’Italia settentrionale e centrale. Si ottennero ceppi selezionati delle varietà tra cui Nostrano dell’Isola, Scagliolo, Pignoletto, Rostrato, Cinquantino e nuove varietà ottenute per incrocio come Rostrato Caio Duilio, Scagliolo 23A, Marano Vicentino, Ibridi Fioretti.

Oltre alle varietà selezionate, la maiscoltura italiana era basata su numerose varietà locali che gli agricoltori propagavano autonomamente e che venivano tramandate di padre in figlio. Nell’immediato dopoguerra, tra il 1949-50, prende il via un’inchiesta conoscitiva per caratterizzare la coltivazione maidicola in Italia e delle varietà d’interesse locale grazie al coinvolgimento degli Ispettorati Provinciali dell’Agricoltura. Nel 1954, alla Stazione Sperimentale di Maiscoltura di Bergamo, iniziò la raccolta a livello nazionale di campioni di varietà locali scelte dai tecnici degli Ispettorati sulla base delle loro esperienze in loco. Il campionamento, voluto e promosso da L. Fenaroli e da A. Brandolini, portò a raccogliere 565 diversi campioni che sono ancora conservati e moltiplicati in purezza presso l’Unità di Ricerca per la Maiscoltura del CREA di Bergamo. Il campionamento dei mais fu fatto con notevole lungimiranza perché per risollevare l’agricoltura, nel dopoguerra, fu promossa l’introduzione delle sementi ibride che garantivano produzioni più elevate svincolando molta gente dal lavoro nei campi. Le sementi ibride sostituirono rapidamente le varietà tradizionali in tutte le aree più favorevoli alla maiscoltura mentre, nelle zone marginali, la maiscoltura scomparve quasi del tutto.

Razze tradizionali di mais nel nord Italia

Le tipologie di mais sono classificate in funzione di come si organizza l’amido, nelle sue componenti vitree e farinose, all’interno della cariosside: si hanno perciò i mais dentati (Zea mays subsp. mays var. indentata), i mais vitrei (Zea mays subsp. mays var. indurata), mais dolci (Zea mays subsp. mays var. saccharata), mais cerosi-waxy (Zea mays subsp. mays var. ceratina), mais da amido (Zea mays subsp. mays var. amylacea), mais da pop-corn (Zea mays subsp. mays var. everta) e il mais vestito o pod-corn (Zea mays subsp. mays var. tunicata) che è una semplice curiosità botanica.

Prevalgono in Italia – a parte i tipi everta (pop-corn), praticamente ortivi – i mais delle sottospecie indurata (vitrei), i primi introdotti e recepiti nelle diverse regioni italiane, dei quali riteniamo utile riassumere di seguito le caratteristiche differenziali. Un primo gruppo di vitrei comprende il complesso Ottofile e derivati, presente sia nella Pianura padana occidentale sia nelle vallate appenniniche del versante ligure. Una forma di Ottofile medio-tardiva si è imposta nelle vallate appenniniche del settore adriatico: a essa sono collegate anche forme intermedie vitree a spiga cilindrica del Sud Italia. Ai tipici Ottofile si sono venuti affiancando, per contaminazione con altri mais, forme derivate vitree o semi-vitree a 10-12 file. Tra di essi emergono le razze Cannellino, Granturchella e nel Piemonte la razza macrosperma Meliun, tardivo, subconico, a spiga lunga, granella grande e arancione. Nella pianura cremonese-mantovana questo complesso razziale annovera il Taiolone, un tipo particolare tardivo, a spiga relativamente corta, tutolo molto sottile, granella grande, appiattita, semifarinosa, che richiama i mais Andini ottofile farinosi.

Nel complesso razziale dei Conici sono di grande rilievo, per la vasta distribuzione, i tipi subconici o subcilindrici Cinquantoni, a ciclo breve, di ridotta taglia, adatti alla coltivazione in condizione pluviale non irrigua a siccità prolungata. Razza unica, per la sua caratteristica extra-conica, ciclo medio precoce e spiga con molti ranghi (18-20), granella media vitrea, arancione e pianta di taglia media o ridotta è la varietà Ostesa, tipica del veronese. Talune forme si sono adattate, per il ciclo corto, alle condizioni colturali delle alte vallate alpine di Veneto e Trentino.

La Pianura padana della riva sinistra del Po ospita agroecotipi di ciclo medio-tardivo e taglia medio-alta, appartenenti al complesso razziale degli Insubri, differenziabili in due sottogruppi: uno a spiga subcilindrica allungata, granella vitrea arancione isodiametrica (Agostano); l’altro (Rostrato-Scagliolo) a spiga sub-conica, granella profonda, semivitrea, derivante dall’incrocio di Rostrati e Pignoli (granella profonda) e con dentati dolci. Nelle zone pedoalpine si sono affermati i mais Microsperma, a spiga subcilindrica con granella vitrea arancione, taglia media, specializzati nella coltura primaverile (Marano, Cinquantino cilindrico) o estiva (Quarantino). Sono mais a struttura cornea, color arancione intenso, particolarmente adatti all’uso alimentare in quanto fornitori di farine bramate altamente colorate. A essi si avvicinano i tipi Pignolo a granella fortemente vitrea, arancione, profonda, a forma di pinoli, con molti ranghi, pure favoriti per la farina vitrea di colore intenso.

A completare il quadro, ricordiamo che la coltivazione di mais a endosperma bianco e aleurone incolore è localizzata da secoli in Veneto e in Friuli. Emergono due gruppi razziali: quello dei vitrei bianchi tipo Perla e quello dei Dentati, tra cui si distinguono i Rostrati e i Caragua, bianchi farinosi estremamente tardivi con granella rispettivamente a becco o dentata profonda. A essi sono stati aggregati i mais dentati di introduzione relativamente recente, che non hanno peraltro esercitato una grande influenza sulla genesi del complesso maidicolo nazionale tradizionale. Una recente analisi dell’intero complesso maidicolo italiano, esteso anche alle varietà everta raccolte nel solo territorio Cisalpino, ha messo in evidenza la similarità, sia pure di grado limitato, dei gruppi everta (pop-corn) con il complesso microsperma, che include il Marano e il Cinquantino cilindrico.

Le varietà di mais dell’Emilia-Romagna in fase di recupero e caratterizzazione

In tabella 1 (in calce a questo articolo) sono riportate le varietà tradizionali di mais dell’Emilia-Romagna ottenute dall’Unità di Ricerca per la Maiscoltura del CREA di Bergamo e dalla Banca del Germoplasma Vegetale dell’Università di Pavia e oggetto di valorizzazione nel progetto RI.COL.MA. A illustrazione delle caratteristiche differenziali presenti nel germoplasma emiliano-romagnolo di mais sono presentate le seguenti varietà tradizionali per alcune delle quali si ipotizza l’inserimento nei gruppi descritti in precedenza:

Tagliolino: accessione originaria di Vetto (RE) e ancora coltivata in zona; produce spighe con 14-18 ranghi di cariossidi semi-dentate e di colore giallo. Ottima resistenza all’allettamento (figura 1).

Figura 1: Spighe di Tagliolino

Cinquantino Rosso: accessione originaria di Ramiseto (RE) e coltivata nel comune di Ventasso, a circa 1000 metri di altezza. Le spighe sono cilindro-coniche con 12-16 ranghi di cariossidi a frattura vitrea semi-vitrea e di colore rosso-arancio/rosso. Le piante raggiungono 2 metri di altezza (figura 2).

Figura 2: Spighe di Cinquantino Rosso

Rosso di Rasora: accessione originaria della frazione Rasora di Castiglione dei Pepoli. Varietà molto interessante, presenta spighe con 12-16 ranghi di cariossidi a frattura vitrea o semi-vitrea e di colore rosso scuro. Il colore si presenta più intenso e uniforme nella zona di origine (appennino tosco-romagnolo) anche per effetto dell’escursione termica giornaliera che favorisce l’accumulo di pigmento. La varietà è tollerante all’allettamento e presenta foglie diritte e con piccolo angolo di inserzione, la pianta alta 2,2 m (figura 3).

Figura 3: Spighe di Rosso di Rasora

Mais da scoppio: si tratta dell’unico mais da popcorn attualmente disponibile per la Regione Emilia-Romagna e recuperato a Casola Valsenio. È una varietà più tardiva delle altre, caratterizzata da abbondante produzione di polloni che riescono a svilupparsi completamente. Ogni pianta è in grado di produrre più spighe, sia sul fusto principale che sugli accesti, di piccole dimensioni (11,5 cm di lunghezza e 3,5 cm di diametro) con 16-18 ranghi di cariossidi risiformi di colore bianco-perla (figura 4).

Figura 4: Spighe del Mais da Scoppio

Mais di Santa Sofia: recuperata presso Santa Sofia (FC), è coltivata con successo a circa 1000 metri di altezza. Le spighe hanno forma conica con 12-16 ranghi di cariossidi a frattura semi-vitrea e di colore rosso-arancio. Varietà precoce con piante alte 1,8 m circa, le spighe risultano inserite piuttosto in basso sul culmo, viste le caratteristiche morfologiche si potrebbe inserire nel complesso “conici”. Interessante varietà in quanto risulta morfologicamente sovrapponibile a Va216 Giallo comune campionata a Santa Sofia nel 1954 (figura 5).

Figura 5: Spighe di Santa Sofia

Mais di Scavolino: si tratta di una varietà originaria del Montefeltro, in particolare del comune di Pennabilli (RN). Le spighe con 10-12 ranghi di cariossidi a frattura vitrea, hanno colore piuttosto variabile dal giallo al rosso. Il ridotto numero di ranghi e le cariossidi grosse, appiattite e ben distanziate suggeriscono l’appartenenza di questo genotipo al gruppo “ottofile e derivati”. Varietà precoce, alta poco più di 2 m (figura 6).

Figura 6: Spighe del Mais di Scavolino

Piacentino: originario di Coli (PC), si coltiva con successo a 1000 metri di altezza. Le spighe sono cilindro-coniche, la direzione dei ranghi è irregolare in alcune spighe, le cariossidi hanno frattura vitrea e sono di colore rosso-arancio/rosso; le piante raggiungono 2 m di altezza (figura 7).

Figura 7: Spighe del mais Piacentino

Le attività sperimentali del progetto RI.COL.MA sono molto diversificate e mirano alla caratterizzazione, quanto più ampia possibile, delle varietà tradizionali di mais emiliano-romagnole al fine della loro salvaguardia, riscoperta e valorizzazione sotto il punto di vista produttivo. La caratterizzazione del germoplasma tradizionale emiliano-romangolo rappresenta un’importante opportunità per la valorizzazione del territorio regionale e dei suoi prodotti agricoli di qualità. La capillare dislocazione delle accessioni in studio su gran parte del territorio regionale delinea l’ampia ricaduta del progetto RI.COL.MA. Inoltre, la maggior parte delle varietà tradizionali sono coltivate in aree di alta collina o montagna che, generalmente, vengono indicate come marginali o svantaggiate e dove l’agricoltura intensiva risulta essere poco competitiva. Questi territori necessitano quindi dell’individuazione di prodotti agricoli di qualità, mediante i quali garantire un reddito costante agli agricoltori. Attraverso la riscoperta e la valorizzazione delle varietà tradizionali si può raggiungere questo importante obiettivo che garantisce anche rilevanti connessioni con le attività di promozione turistica, fondamentali per valorizzare il territorio e creare un mercato locale dei prodotti tradizionali.

Tabella 1. Le varietà tradizionali recuperate dalla collezione del CREA (Va) e dalla Banca del Germoplasma Vegetale dell’Università di Pavia (EMR) e oggetto di valorizzaione nel progetto RI.COL.MA.

 

Gli autori: Stagnati L.1, Borrelli V.M.G. 1, Soffritti G. 1, Martino M. 1, Tabaglio V. 1, Lanubile A.1,2, Canestrale R.3, Rossi G. 4, Marocco A.1,2, Busconi M1,2.

  1. Dipartimento di Scienze delle Produzioni Vegetali Sostenibili, Università Cattolica del Sacro Cuore, Via Emilia Parmense 84, 29122, Piacenza;
  2. Centro di ricerca BioDNA Biodiversità e DNA Antico, Università Cattolica del Sacro Cuore, Via Emilia Parmense 84, 29122, Piacenza;
  3. Laboratorio Economico e Bilancio Ambientale, CRPV-LAB, Via Tebano 45, 48018 Faenza (RA);
  4. Dipartimento di Scienze della Terra e dell’Ambiente, Università degli studi di Pavia, Via S. Epifanio 14, 27100, Pavia
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Per il mais è importante avere degli strumenti che possano fornire in maniera rapida e semplice una chiara indicazione del livello di contaminazione da micotossine; soprattutto nella fase di conferimento ai centri di stoccaggio, al fine di segregare le partite in ingresso particolarmente a rischio, risulta necessario disporre di metodiche rapide e sufficientemente indicative del contenuto di aflatossine, le micotossine più pericolose della filiera maidicola. Attualmente, sui conferimenti a elevato rischio, cioè con umidità della granella inferiore al 20%, devono essere effettuati opportuni controlli tramite dei sistemi rapidi di screening, generalmente basati sull’impiego di semplici lampade UV che evidenziano, tramite fluorescenza, le cariossidi potenzialmente contaminate.

Nell’ambito della misura d’innovazione Q2SC (Qualità Sicurezza Sostenibilità Cereali) del progetto di filiera di Grandi Colture Italiane, Proambiente (consorzio costituito dagli enti pubblici CNR di Bologna e Università di Ferrara) e alcuni soggetti privati (11 piccole e medie imprese che hanno sede nella Regione Emilia-Romagna), si è occupato di testare un prototipo di strumento che avesse la possibilità di effettuare un rapido pre-screening (tempo di misura inferiore a 5 minuti) di campioni di granella di mais per valutare la eventuale presenza di aflatossine.

La presenza di aflatossine nella catena produttiva degli alimentari è un problema ben noto e per questo motivo sono state sviluppate diverse metodiche di rilevamento e controllo. Tra queste tecniche analitiche la cromatografia liquida ad alta prestazione (HPLC) e la spettrometria di massa (SM) si distinguono per l’alta accuratezza. Per contro esse necessitano di un laboratorio e di personale specializzato, risultano costose e richiedono tempi di esecuzione lunghi. Inoltre le misurazioni di questo tipo spesso forniscono limitate informazioni per la caratterizzazione spaziale quando si esamina l’intero campione. Per questo motivo è necessaria la predisposizione di un sotto-campione altamente rappresentativo con grosse complicazioni operative nel caso di grandi masse di granella da campinare.

L’impiego di tecniche non distruttive e in particolare la spettroscopia a immagini (Hyper Spectral Imaging) è considerato un approccio innovativo in grado di fornire un’ampia gamma di informazioni nel controllo della catena agro-alimentare.

Oltre all’aflatossina, sulla granella di mais contaminato, si può ritrovare un metabolita secondario del fungo produttore, l’acido kojico che sottoposto ad una fonte di luce UV sviluppa una fluorescenza giallo-verdastra brillante (bright greenish-yellow fluorescence BGYF). Quest’ultimo composto è spesso presente quando il fungo tossinogeno Aspergillus flavus metabolizza l’aflatossina. Sebbene ulteriori indagini abbiano realizzato che questa conclusione non era sempre verificabile, l’acido kojico può produrre all’indagine spettroscopica sovrapposizioni di picchi che possono interferire con i picchi caratteristici dell’aflatossina. Pertanto, l’obiettivo dello studio era determinare la fattibilità della tecnologia basata sull’immagine per confrontare l’aflatossina misurata da uno spettro-fluoro-fotometro con quella misurata sulla base delle immagini acquisite con un sensore iperspettrale a fluorescenza e determinare potenziali sovrapposizioni di picco confondenti la lettura. Per una affidabile rilevazione e quantificazione dell’aflatossina è stato allestito da Proambiente un sistema da laboratorio (figura 1), composto da strumento Acusto-Optical Imaging Spectrometer (AOIS) e una sorgente UV, montati su un supporto meccanico con movimentazioni tali da facilitare la messa a fuoco del campione osservato.

Figura 1. Assetto sperimentale per analisi iperspettrali di mais: (1) AOIS, (2) granella di mais, (3) sorgente UV. Con un apposito software vengono realizzati le impostazioni delle misurazioni e il salvataggio dei dati.

Lo strumento AOIS acquisisce singoli fotogrammi del campione osservato nel range 390 nm ÷ 620 nm con passo di 2 nm. Con questo passo spettrale AOIS è in grado di acquisire più di 100 fotogrammi, funzionando dunque come un strumento di tipo iperspettrale.

Con i fotogrammi acquisiti da AOIS si crea il cosiddetto cubo iperspettrale (figura 2), che fornisce informazioni spaziali con elevata risoluzione dello scenario/oggetto osservato (X, Y), mentre lungo l’asse (Z) si ottengono informazioni spettrali.

Figura 2. Esempio di un cubo iperspettrale da 10 fotogrammi. La colorazione rappresenta le diverse lunghezze d’onda in cui sono stati acquisiti i fotogrammi. Da questo cubo iperspettrale si ricavano gli spettri per ciascun pixel dell’oggetto osservato.

Dalla ricerca bibliografica effettuata nella prima fase del progetto si è concluso che la radiazione luminosa in grado di stimolare la fluorescenza dell’aflatossina in maniera efficace è fissata a 365 nm. La banda spettrale della fluorescenza dell’AF si estende da 400 nm fino a 600 nm, con FWHM nell’intervallo 410 nm ÷490 nm (figura 3).

Figura 3. Spettro di fluorescenza di un riferimento di Aflatossina B1. Eccitazione a 365 nm, massima dell’emissione di fluorescenza a 443 nm.

I primi test per mettere a punto l’assetto strumentale sono stati effettuati con alcuni campioni di mais delle raccolte degli anni 2017 e 2018, dimostrando come la spezzatura dei chicchi di mais, molto più presente nel 2018, determina nella zona spettrale 570-600 nm un forte segnale di riflettanza, il quale non ha il carattere di fluorescenza dell’acido kojico, dovuto alla presenza di funghi di tipo Aspergillus.

Avvalendosi del fatto che le misurazioni con lo strumento AOIS sono di tipo iperspettrali, è stata verificata l’opportunità di ricavare dai fotogrammi l’eventuale presenza di aflatossina nei singoli granelli di mais. Per questo motivo è stata calcolata la differenza tra due fotogrammi ottenuti in due lunghezze d’onda: una in cui la fluorescenza non si pronuncia e un’altra dove è il massimo della fluorescenza.

Nel 2018 sono stati acquisiti in laboratorio cubi iperspettrali di 42 campioni di mais, i quali, secondo le misurazioni in HPLC effettuate presso l’Università Cattolica del Sacro Cuore di Piacenza, presentavano diversi livelli di contaminazione di aflatossina AFB1. Tra tutti i campioni esaminati sono state scelti 3 campioni che rappresentavano diversi livelli di contaminazione allo scopo di creare un’ampia scala, comprendente la soglia riferita all’alimentazione umana.

Dal confronto degli spettri non si è dimostrata però una chiara differenza tra i campioni, proporzionale al loro contenuto di aflatossina. Per questo motivo i segnali più alti sono stati attribuiti alla riflettanza di tipo speculare e non alla presenza di aflatossina.

Nel 2019 sono proseguite le misurazioni con 50 campioni prelevati presso il centro di conferimento di CAPA Vigarano Pieve (FE). Da un operatore specializzato del centro è stata rilevata la presenza di chicchi fluorescenti tramite osservazione visuale con lampada UV di emissione di BGYF.

Considerando che la selezione di diverse lunghezze d’onde offre la possibilità di elaborare una soglia in termini numerici, sulla base di una ricerca bibliografica è stato valutato che il metodo Spectral Angle Mapper (SMA) fosse l’approccio più appropriato per le analisi dei cubi iperspettrali ottenute con lo strumento AOIS. Questo metodo, largamente utilizzato nelle elaborazioni delle immagini iperspettrali, offre la possibilità di rilevare la presenza di diverse classi di interesse dal punto di vista spettrale, rispetto al riferimento con proprietà spettrali ben note.

Utilizzando i fotogrammi del cubo iperspettrale riferito all’aflatossina ed elaborando uno specifico programma di calcolo, si è creata una mappa di presenza (figura 4) in cui è possibile individuare singoli chicchi di mais che contribuiscono al segnale misurato nella zona spettrale che caratterizza la fluorescenza dell’aflatossina.

Figura 4. Mappa della distribuzione chicchi con emissione di fluorescenza.

La mappa deve essere calibrata utilizzando i risultati dalle misurazioni con il metodo HPLC (High Performance Liquid Chromatofraphy). In questo modo si potrà definire una soglia del segnale di ciascun pixel della mappa SMA, la cui  somma sarà uguale al livello di contaminazione del campione ottenuto con la tecnica HPLC.

A questo proposito sarà necessario continuare la collaborazione tra Proambiente e Grandi Colture Italiane con la messa a disposizione di campioni e di relative analisi della contaminazione da micotossine anche per l’annata 2020.


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