Luisa Mannina
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Dipartimento di Chimica e Tecnologie del Farmaco - macroarea A
La Risonanza Magnetica nello Studio degli Alimenti
La spettroscopia di Risonanza Magnetica
Nucleare (NMR) è ormai considerata una delle
metodologie
di
eccellenza
nell’analisi
metabolomica degli alimenti. La Risonanza
Magnetica infatti, essendo una tecnica non
specifica per singole classi di composti, permette
di avere in un unico esperimento informazioni
qualitative e quantitative sui metaboliti presenti nel
campione e di ottenere quindi il profilo metabolico
del prodotto (Figura 1).
Il profilo metabolico dell’alimento permette di:
- avere informazioni sui nutrienti presenti nel
campione. Questa indicazione può essere utile
per le industrie interessate a specifici nutrienti
presenti nell’alimento per la formulazione di nuovi
prodotti;
- seguire il cambiamento del profilo metabolico
dell’alimento nel tempo. E’ possibile, per esempio,
stabilire lo stato di maturazione ideale, da un
punto di vista dei nutrienti, per la raccolta di
determinati frutti;
- classificare un alimento in base all’origine
geografica, alla varietà e al tipo di produzione;
- rilevare possibili frodi;
- verificare la standardizzazione di
processi
produttivi.
Vengono riportati di seguito alcune applicazioni
KIWI E PESCHE
Gli studi sui kiwi e sulle pesche sono stati
effettuati in collaborazione con il CRA - Centro di
Ricerca per la Frutticoltura di Roma. E’ stato
effettuato il monitoraggio del profilo metabolico di
estratti acquosi di kiwi di diversa varietà e del
contenuto di acqua del frutto intero attraverso
metodologie di Risonanza Magnetica. Il profilo
metabolico, monitorato da Giugno a Luglio, ha
mostrato andamenti specifici di alcuni metaboliti in
funzione del tempo. Lo stato dell’acqua dei kiwi,
monitorato da Giugno a Dicembre, è stato
determinato direttamente sul frutto intatto
misurando il tempo di rilassamento spin-spin (T2)
attraverso uno strumento NMR unilaterale
portatile completamente non invasivo. Anche in
questo caso sono stati osservati specifici
andamenti in funzione del tempo.
E’ stato studiato il profilo metabolico di estratti
acquosi di due varietà di pesche, Percoca di
Romagna 7 e Flaminia, aventi una suscettibilità
molto diversa all’attacco della Ceratitis capitata. Il
profilo metabolico analizzato mediante opportuna
analisi statistica ha permesso il confronto tra le
due varietà (Figura 3).
TARTUFI
E’ stato studiato il profilo metabolico di estratti
acquosi ed in solvente organico di tartufi (Tuber
aestivum Vittadini). Sono stati identificati, tramite
esperimenti NMR mono- e bidimensionali,
metaboliti solubili in acqua come carboidrati,
amminoacidi, dipeptidi ed acidi organici e
metaboliti solubili in solvente organico come di- e
tri-gliceridi,
diacilglicerofosfolipidi,
steroli
e
sfingosine. E’ stato inoltre monitorato tramite
analisi NMR l’effetto del trattamento di radiazioni
ionizzanti sulla shelf-life
dei tartufi. Risultati
preliminari hanno mostrato che bassi livelli di
radiazioni (<1.5 kGy) non modificano la
composizione chimica, non danneggiano i tartufi e
portano ad un allungamento della shelf-life del
prodotto.
2,5
2
▲ Spigole di allevamento
Spigole di mare aperto
2,0
1
1,0
PC2 32.43%
SPIGOLE
E’ stato studiato tramite NMR il profilo metabolico
di estratti organici ed acquosi di spigole
(Dicentrarchus labrax) di allevamento e di spigole
di mare aperto. Sono stati identificati metaboliti
solubili in acqua quali zuccheri, amminoacidi,
dipeptidi ed acidi organici e metaboliti solubili in
solvente organico come acidi grassi e steroli. Il
profilo metabolico analizzato con appropriata
analisi statistica multivariata ha permesso di
discriminare tra spigole di allevamento e di mare
aperto e di rilevare i metaboliti responsabili di
questa discriminazione (Figura 2).
PC2 17.4%
1,5
0,5
0,0
0
-1
-2
-0,5
-3
-1,0
-2
Spigole di mare aperto
-1,5
-0,6
0,0
0,6
1,2
1,8
2,4
Flaminia
PC1 37.90%
2. PCA applicata ai dati NMR di estratti acquosi di spigole
Alimento
Estrazione o
Analisi diretta
0
1
2
PC1 35.5%
Spigole di allevamento
-2,0
-1,2
-1
Percoca Romagnola 7
3. PCA applicata al profilo metabolico di due varietà di pesche
1H
NMR
spettro
Fingerprint
Assegnazione
dei metaboliti
Analisi
Quantitativa
Analisi
Statistica
2.5
2.0
1.5
ppm
Risultati
1. Schema generale dell’analisi NMR nello studio di alimenti
Luisa Mannina: Professore associato di Chimica degli Alimenti presso il Dipartimento di
Chimica e Tecnologie del Farmaco della Sapienza Università di Roma, è responsabile dell’
Unità di Metabolomica: Studi su Alimenti, Nutraceutici e Fluidi biologici (MetabUnit-Rome). Si
occupa da circa 20 anni dello studio di alimenti effettuato mediante metodologie di Risonanza
Magnetica Nucleare. Ha pubblicato più di 130 articoli su riviste Internazionali e Nazionali ed è
invitata a tenere lezioni e seminari sulla Risonanza Magnetica e gli alimenti. Ha organizzato
insieme alla collega dr. Donatella Capitani dell’Istituto di Metodologie Chimiche del CNR di
Roma il workshop sulle Applicazione della Risonanza Magnetica nella Scienza degli Alimenti
che dal 2008 si svolge ogni due anni.
Elenco dei componenti del progetto di ricerca
Luisa Mannina
Donatella Capitani
Anatoly P. Sobolev
Noemi Proietti
Maurizio Delfini
Alfredo Miccheli
Giorgio Capuani
Alberta Tomassini
Fabio Sciubba
Maria Enrica Di Cocco
F. Roberto De Salvador
