progetto oliando - pe

PROGETTO OLIANDO - PE
Caratterizzazione e certificazione di origine delle produzioni
olivicole e del territorio di produzione tramite gis e nmr
OLIANDO - PE (OLI - AMBIENTE D’ORIGINE, PESCARA)
www.oliandope.it
PROGRAMMA DI SVILUPPO RURALE ABRUZZO 2007/2013
MISURA 1.2.4
Cooperazione per lo sviluppo di nuovi prodotti, processi
e tecnologie nei settori agricolo e alimentare e in quello forestale
PROGETTO COFINANZIATO DALL’UNIONE EUROPEA
Fondo europeo agricolo per lo sviluppo
rurale: l’Europa investe nelle zone rurali
Reg. CE 1698/2005
Introduzione
Il progetto Oliando-pe nasce dalla collaborazione tra la Cooperativa Plenilia di Pianella, capofila del progetto, e il Centro di Ricerca COTIR. È stato finanziato nell’ambito del PSR 2007-2013
Misura 1.2.4 e prevede la caratterizzazione e la certificazione di origine delle produzioni olivicole del
territorio della Provincia di Pescara attraverso l’integrazione di due tecniche: i Sistemi Informativi
Geografici (GIS) e la Risonanza Magnetica Nucleare (NMR). Lo studio ha riguardato la cv. Dritta,
una delle più importanti e tipiche della zona ed è stato integrato con il progetto Oliando – Te dove,
invece, è stata studiata la cv. Tortiglione.
Attività 1
Sistema informativo territoriale
Selezione dei siti sperimentali tramite GIS
È stato realizzato un Sistema Informativo Geografico per tutta la Provincia di Pescara, ed in
particolare per gli areali di produzione della cultivar Dritta, mediante la raccolta e l’organizzazione di
diversi strati informativi, inerenti i vari aspetti ambientali che influenzano le potenzialità produttive
dell’olivo sia dal punto di vista quantitativo che qualitativo. I dati inseriti nel Sistema Informativo
hanno riguardato le caratteristiche:
•pedo-paesaggistiche;
•topografiche e geografiche;
•climatiche.
Il Sistema Informativo Territoriale è stato progettato per operare con dati spaziali, cioè riconducibili a precise coordinate geografiche. In questo modo è stata possibile la sovrapposizione dei diversi
strati informativi e quindi il riconoscimento di aree omogenee per caratteristiche pedo-climatiche.
Aree omogenee
L’individuazione delle aree è stata eseguita tramite un approccio quantitativo analitico con la
finalità di identificare differenti combinazioni di fattori ambientali in modo da ottenere delle aree
omogenee per fattori edafici (permeabilità dei suoli), fattori topografici (quota, pendenza, esposizione
e distanza dal mare), e fattori climatici (indice eliotermico e di aridità).
Le aree omogenee quindi sono aree simili per condizioni climatiche, topografiche ed edafiche,
combinate tra loro, e per la cui delimitazione sono state utilizzate alcune tecniche statistiche multivariate quali l’analisi dei gruppi, l’analisi delle componenti principali (PCA – Principal Components
Analysis), le tecniche di massima verosimiglianza (MLC – Maximum Likelihood Classification), in
combinazione con tecniche di visualizzazione di mappe con colori RGB (red-green-blue).
Attività 2
Individuazione oliveti sperimentali
L’individuazione degli oliveti sperimentali, da cui sono stati prelevati i campioni per l’oleificazione, è stata compiuta dalla Cooperativa con criteri volti a minimizzare la variabilità legata
alla gestione agronomica (lavorazioni del terreno, fertilizzazioni, interventi fitosanitari, irrigazioni,
potatura, ecc.) degli oliveti, all’età delle piante, alla forma di allevamento e alla densità d’impianto.
In questo contesto, l’obiettivo principe è stato quello di esaltare la variabilità legata alle condizioni
pedo-climatiche degli oliveti sperimentali localizzati nelle varie aree omogenee, individuate tramite
2 - Progetto Oliando • Pescara
il GIS, e di ottenere un campione rappresentativo per ognuna delle tipologie di aree individuate.
Nella mappa che segue si riporta la localizzazione degli oliveti sperimentali individuati.
Figura 1 - Mappa oliveti
Le aziende agricole coinvolte nel progetto, sulla scorta delle indicazioni fornite dalla Cooperativa, hanno individuato l’appezzamento da dedicare alla sperimentazione.
Attività 3
Campionamenti e analisi classiche di laboratorio
Campionamento siti sperimentali
Per ogni sito sperimentale sono state rilevate le coordinate geografiche, la quota e l’esposizione
con l’ausilio di un GPS. In ogni sito, inoltre, è stato prelevato un campione medio di terreno per la
determinazione dei seguenti parametri analitici: pH, EC, granulometria, carbonio organico, fosforo
assimilabile, azoto totale e potassio assimilabile. Il campione è la risultanza di tre prelievi a circa 60
cm di profondità. Inoltre, è stata compilata una scheda, mostrata nella figura 2 relativa alle caratteristiche dell’oliveto.
Per ciascun appezzamento sono state raccolte, tramite un questionario, informazioni relative
allo stato del terreno, alle lavorazioni effettuate, ai sistemi di fertilizzazione e difesa adottati. Queste
informazioni sono state tenute in considerazione nella successiva fase di elaborazione dei dati.
Campionamento olive
Per ognuno dei due anni di durata del progetto si è proceduto al campionamento delle drupe cercando di raccoglierle allo stesso grado di maturazione. Per ogni sito sperimentale è stato raccolto un
campione significativo di frutti, di cui circa 5 kg, destinato alla oleificazione, tramite micro-frantoio,
effettuata presso il COTIR, mentre la restante parte è stata molita nel frantoio della Cooperativa. Sul
campione di olive molite al COTIR, sono state eseguite le seguenti determinazioni riportate su una
scheda di raccolta dati (fig. 3): dimensione del frutto, peso, indice di maturazione, incidenza dell’attacco della mosca, umidità.
Progetto Oliando • Pescara - 3
Caratterizzazione e certificazione di origine delle produzioni olivicole e del
territorio di produzione tramite GIS e NMR
OLIANDO
data _____________
operatore __________
Oliveto sperimentale
Denominazione dell'azienda
CODICE AZIENDA
Comune
Fraz/località
Pendenza
Esposizione
Petrosità
Ass. o quasi
Tipo di coltivazione
Coltura promiscua (specificare colture associate)
Nessuna
Varietà coltivate nell'oliveto (cultivar)
oltre quella oggetto di studio
Vaso
Sesto d'impianto (distanza relativa delle
piante)
6mx6m
8mx8m
Altezza media delle piante
<2m
2,1 -5 m
Età dell'impianto
(2012)
Varietà 1 (%)
Monocono
Sistema di allevamento
Elevata
Biologico
Frequenza
Anno (ultimo)
SI
Altro
(specificare)
5,1 -10 m
> 10 m
Fase senescenza (>41 anno)
Altre certificazioni
NO
Potatura
Mese
Tipo
Legenda:
A (pulitura/sfoltimento: 6 Kg/pianta);
B (riforma/correzione/produzione: 30 Kg/pianta);
C (spinta: > 60 Kg/pianta)
Ogni due anni
Periodo
Varietà 2 (%) Varietà 3 (%)
Distanze non costanti
Ogni anno
Tipo
(2013)
Altro (specificare)
Fase adulta (12 - 40 anni)
Biologico/Certificazioni
Tipo
Intermedia
Coltura specializzata (solo olivo)
Irrigazione SI NO
Quantità (l/anno)
Forma di fertilizzazione (concime, ammendanti e correttivi)
sotto che forma (es per azoto: urea/nitrati/etc.)
Quantità
Periodo
Sistemi di difesa dai fitofagi/infestanti
Infestanti da contrastare
Fitofagi da contrastare
Prodotti sintetici
(q/ha)
Periodo
Prodotti sintetici
(q/ha)
Periodo
Lotta biologica (specificare il metodo)
Periodo
Altro (specificare)
(q/ha)
Periodo
Stato e lavorazione del terreno
Stato del terreno
Inerbito
Parz. Inerbito
Periodo di lavorazione
Tipo di lavorazione
Non inerbito
Profondità della lavor. (cm)
Tecnica di raccolta delle olive
Pettinatura a mano con rastrelli
e reti
Trasporto delle olive
Bacchiatura a mano con reti
In cassette di plastica
Bacchiatura/pettinatura
meccanica con reti
In sacchi
Fase di stoccaggio ante-molitura
Modo
Quanto tempo passa dalla raccolta alla molitura
Note
In bins
Raccolta meccanizzata con
scuotitore e reti
Altro
Tempo
meno 12 ore
da 12 a 24 ore da 24 a 48 ore
oltre 48 ore
N.B. Le coordinate geografiche e la quota dell'oliveto vengono rilevate con il GPS (fare anche una foto associata).
Figura 2 – Scheda rilievo dati oliveti.
4 - Progetto Oliando • Pescara
PSR - Oliando - scheda rilievi
codice campione
azienda
data di raccolta
data di molitura
peso campione molito (kg)
peso 50 drupe (g)
infestazione Dacus oleae
resa in olio (L)
(frutti infestati su 50 drupe)
note
diametro longitudinale e trasversale (mm)
drupa
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
diam. long.
diam. trasv.
drupa
diam. long.
diam. trasv.
stadio maturazione (0-7)
drupa
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
mat.
drupa
mat.
indice di maturazione
umidità olive
peso tara (g)
peso fresco (g)
peso secco (g)
umidità (%pv)
Figura 3 – Scheda raccolta dati sulle olive campionate.
Progetto Oliando • Pescara - 5
Si riporta di seguito una tabella riepilogativa dei dati raccolti sulle olive.
infestazione
Dacus oleae
(%)
Pescara
peso medio
drupa
(g)
diametro
medio long.
(cm)
diametro
medio trasv.
(cm)
stadio di
maturazione
(0-7)
umidità
delle olive
(%pv)
2012
2013
2012
2013
2012
2013
2012
2013
2012
2013
2012
2013
media
4
28
2,1
2,0
1,7
1,8
1,3
1,3
2,4
2,8
59,2
56,0
dev.st.
10,9
18,9
0,3
0,2
0,2
0,1
0,1
0,1
0,9
1,1
3,8
3,8
min
0
8
1,4
1,4
1,4
1,6
1,0
1,2
0,6
0,0
43,9
49,2
max
48
84
2,5
2,6
2,0
2,0
1,5
1,6
4,7
5,2
65,7
63,6
Tabella 1 – Elaborazione dei dati raccolti nella fase di campionamento delle olive.
La raccolta delle olive è stata effettuata nel periodo compreso tra il 28 ottobre e il 15 novembre
per l’anno 2012 e tra il 3 novembre e il 17 novembre per il 2013.
Attività 4
OLEIFICAZIONI
Le olive campionate sono state molite dalla Cooperativa nel proprio frantoio. Dall’olio estratto
è stato prelevato un campione, etichettato e consegnato al COTIR per le successive analisi mediante
NMR. Un campione di olive (circa 5 kg) afferente ciascuna alle diverse partite estratte dalla cooperativa è stato molito presso il COTIR in condizioni standard mediante un micro frantoio.
In questo modo per ogni oliveto sperimentale e per ognuno dei due anni di durata del progetto,
si sono ottenuti due campioni di olio, uno ottenuto con micro-oleificazioni in condizioni standard e
controllate e uno ottenuto da una oleificazione classica che riproduce la reale molitura delle olive.
Il micro frantoio utilizzato è uno SPREMOLIVA NEW della TOSCANA ENOLOGICA MORI.
Le olive dei singoli campioni sono state defogliate, lavate con acqua tiepida e inserite nella SPREMOLIVA NEW. Lo spremiolive è dotato di un frangitore a martelli, di una gramola e una centrifuga
per la separazione dell’olio dalla pasta. Il campione per il laboratorio NMR è stato prelevato dopo che
erano fuoriusciti almeno 200 ml di olio. Al termine di ogni estrazione è stato registrato il quantitativo
di olio ottenuto da ciascun campione di olive. Di seguito qualche foto del micro frantoio.
Figura 4 - Micro frantoio SPREMOLIVA NEW
6 - Progetto Oliando • Pescara
Attività 5
STUDIO NMR
La Risonanza Magnetica Nucleare (NMR) permette di discriminare contemporaneamente un
gran numero di componenti a basso peso molecolare, anche in miscele complesse come l’olio e pertanto assume una posizione preminente nel campo delle analisi chimiche agro-alimentari.
In questa attività, sono stati analizzati campioni d’olio della cultivar Dritta provenienti da oliveti siti in zone con differenti condizioni pedo-climatiche. La caratterizzazione NMR dei campioni,
per ognuno dei due anni di durata del progetto, è stata compiuta utilizzando le matrici tal quali a cui
è stato aggiunto cloroformio deuterato per consentire il lock dello strumento. L’analisi NMR è stata
eseguita con uno spettrometro NMR Bruker-600 MHz Avance (fig. n. 5) gestito da un computer che
utilizza il software TOPSPIN 2.1.
La sperimentazione NMR è stata svolta in collaborazione con l’ENEA Trisaia.
Figura 5 - Foto laboratorio nmr - cotir
Progetto Oliando • Pescara - 7
Attività 6
Relazioni tra variabili ambientali elaborate dal GIS
e profili NMR
L’identificazione geografica di un alimento è di solito effettuata utilizzando metodi di classificazione dei profili chimici basati su aree geografiche predeterminate attraverso metavariabili diverse
dal contenuto chimico.
In questo lavoro si vuole utilizzare il profilo chimico di campioni di olio georeferenziati per
individuare, su una mappa, aree di omogeneità metabolica. Esso prevede di superare il problema di
rappresentare geograficamente l’informazione contenuta nello spettro NMR di campioni georeferenziati utilizzando tecniche statistiche come l’analisi PCA integrata con metodi efficaci per misurare la
correlazione fra una variabile e la sua posizione geografica come il test di Moran.
In figura 6 è riportato lo spettro NMR di un olio con alcune assegnazioni delle risonanze
NMR.
Figura 6 - Spettro NMR protonico di uno degli oli di oliva analizzati insieme con alcune assegnazioni
Ogni segnale rappresenta un gruppo chimico di uno dei composti e la sua area è proporzionale
alla concentrazione. Per l’analisi geostatistica degli oli del progetto Oliando gli spettri NMR sono stati
completamente deconvoluti e da ciascuno spettro NMR, per il 2013, sono stati ricavati 114 segnali
mentre per il 2012 si sono ottenuti rispettivamente 127 e 131 segnali per i campioni moliti in frantoio
o estratti al COTIR. Al fine di integrare e migliorare lo studio, i grafici e le mappe di seguito riportati
sono riferiti alla totalità dei campioni dei due progetti Oliando Pe e Oliando Te.
8 - Progetto Oliando • Pescara
Figura 7 - Mappa GIS della prima componente principale degli spettri NMR degli oli del 2012 moliti al Cotir. I
cerchietti indicano il valore della PC1 nel sito di misura relativamente alle 9 variabili selezionate secondo il Moran
index. Il layer in falsi colori rappresenta l’interpolazione mediante IDW della PC1.
Figura 8 - Mappa GIS della variabile 14 degli spettri NMR degli oli del 2013. I cerchietti indicano il valore della variabile nel sito di misura. Il layer in falsi colori rappresenta l’interpolazione mediante IDW della variabile stessa.
Progetto Oliando • Pescara - 9
Le mappe spaziali della PC1 interpolata mediante IDW sono riportate nelle figure 7 e 8. Si evidenziano due regioni uniformi che coincidono con le province di Pescara e Teramo.
Sulla base dei risultati geostatistici, una volta individuate le due aree omogenee, possiamo classificare i campioni di olio in base alla provenienza geografica considerando come areali uniformi le
due province.
In figura 9 è riportato il modello dei dati costruito mediante Linear Discriminant Analysis
(LDA) degli oli 2012.
I campioni provenienti dalle due aree sono correttamente classificati utilizzando le 14 variabili
selezionate con il Moran test.
La k-fold cross validation, con k=10, mostra una attendibilità di classificazione di circa il 97 %
come mostra la tabella 2.
Pe
Te
Pe
100 ± 0
0 ±0
Te
3 ±8
97 ± 8
Tabella 2 – Risultati della K-fold cross validation con k=10 relativa alla LDA. I dati rappresentano i valori percentuali di corretta assegnazione nel processo di cross validazione.
Figura 9 – Linear Discriminant Analysis (2012) delle risonanze NMR correlate spazialmente determinate secondo
il valore del Moran Index. Le due classi rappresentano le due regioni individuate attraverso le mappe GIS.
In figura 10 è riportato il modello dei dati costruito mediante Linear Discriminant Analysis
relativa agli oli 2013.
I campioni provenienti dalle due aree sono correttamente classificati utilizzando le 13 variabili
selezionate con il Moran test.
La k-fold cross validation, con k=10, mostra una attendibilità di classificazione di circa il 97%
10 - Progetto Oliando • Pescara
come mostra la tabella 3.
Pe
Te
Pe
97 ± 8
3 ±8
Te
3 ±8
97 ± 8
Tabella 3 – Risultati della K-fold cross validation con k=10 relativa alla LDA. I dati rappresentano i valori percentuali di corretta assegnazione nel processo di cross validazione.
Figura 10 – Linear Discriminant Analysis (2013) delle risonanze NMR correlate spazialmente determinate secondo
il valore del Moran Index. Le due classi rappresentano le due regioni individuate attraverso le mappe GIS.
conclusioni
Dallo studio condotto nell’areale di produzione, attraverso l’utilizzo dei GIS - Sistemi Informativi Geografici, è stato possibile ottenere la caratterizzazione del territorio in cui viene coltivata la
cultivar Dritta. Lo studio NMR ha permesso di individuare le aree omogenee di produzione, riportandole in mappa, attraverso il profilo chimico dei campioni. La correlazione spaziale ottenuta dall’analisi geostatistica dei profili NMR ha consentito una classificazione dei campioni analizzati con una
attendibilità di circa il 97%.
Progetto Oliando • Pescara - 11
Con la collaborazione di
Studio NMR: ENEA - Laboratorio NMR, UTTRI-GENER, Rotondella Mt, Italy
Supporto Tecnico Amministrativo: Studio Cassandro s.r.l. Barletta
Divulgazione e Comunicazione: UNAPROL – Consorzio Olivicolo Italiano – Roma