Valutazione della qualità e della tracciabilità di frutti di pomodoro IGP mediante tecniche fisiche e microbiologiche avanzate

Food quality, safety and traceability represent cornerstones in healthy eating, with a direct impact on social wellness. In order to detect food adulteration/counterfeiting and, consequently, to certify food quality and origin, more advanced quantitative techniques must be implemented. In this study, efforts have been made to identify some emerging features related to the chemical and microbiological composition of tomato fruits with the final aim to define the complex system represented by the "Pomodoro IGP di Pachino" and to analyze the relationships between these quality parameters and its production area. For this purpose, two advanced physical techniques, namely X-ray fluorescence spectroscopy (XRF) and Delayed Luminescence (DL) were applied in combination with chemometrics and traditional microbiological techniques. These spectroscopic analytical methods have the advantage of not damaging fruit and of requiring a minimum amount of sample, allowing to determine the presence of many chemical compounds in few minutes. In detail, XRF spectroscopy was applied on cherry tomato fruits inside and outside the Pachino PGI district in order to detect characterizing and trace elements, including heavy metals, linked to geographical origin and to product genuineness and healthiness, while DL was used to reveal any structural changes in relation to different plant growing conditions. Finally, microbiological and molecular analyses was carried out to deepen the knowledge regarding the microbial populations present on the carposphere of the Pachino PGI tomato, with particular reference to the beneficial native microflora with antagonistic properties. Experimental data were extensively studied by using Principal Component Analysis (PCA) and Cluster Analysis, which highlighted relationships between the elemental profile associated with this typical Sicilian product and the territory of origin (geographical area of production), bringing out the similarities and differences among the samples in relation to their chemical and microbiological characteristics. PCA analysis showed the presence of characterizing elements such as Cl, K, Ca, Fe, Br, Cl, Rb and Sr in all the tomato samples analyzed, albeit at different concentrations. The product “Pomodoro IGP di Pachino” was distinguishable from non-PGI tomato samples cultivated in other Sicilian farmlands for some characterizing elements present in its skin (Ca, Zn and Sr) and, above all, for trace elements, whose presence confirms the strong relationship between the quality of agri-food products and their territory of origin. As observed for the elemental profile, also epiphytic microbial populations differed in density and composition in relation to the surveyed tomato growing areas and this suggests the existence of links between microbial and chemical composition of fruits. In contrast, the DL technique appeared unsuitable for authenticating vegetal foodstuffs, since the differences in the photon yields emitted by the tomato fruits after their excitation were not related to territory of origin. Nevertheless, DL technique can be used in association with XRF spectroscopy for determining some relevant quality features affecting the flavor, the commerciality and the maturity degree of the fruits. Our results suggest that the elemental composition detectable through XRF analysis could be used like a fingerprint to identify the Pachino PGI tomato, to reveal contaminants and to hinder the occurrence of food counterfeits concerning branded products, in support of the traceability system. The complementary use of XRF and DL techniques can help the companies working in the agri-food sector to understand the quality of their products quickly, bypassing the sample preparation procedure, without damaging or destroying the analyzed biological matrices. The possibility of determining quality and traceability quickly, easily and in situ, gives solid perspectives for a future use of these techniques, on a larger scale, in all stages of the food chain.

La qualità, la sicurezza e la tracciabilità alimentare sono requisiti richiesti in misura sempre più consapevole dai consumatori e dagli operatori del settore agro-alimentare, avendo un impatto diretto sulla salute umana e sul benessere sociale. Per ridurre al massimo i rischi derivanti dalla contraffazione alimentare, occorre implementare nuovi strumenti in grado di garantire l’autenticità correlata all’area di origine e agli standard qualitativi dei prodotti finali. In questo studio ci si è prefissati l’obiettivo di definire il sistema complesso rappresentato dal "Pomodoro IGP di Pachino", analizzando la composizione chimica e microbiologica dei frutti di pomodoro in relazione all’area geografica di produzione. La caratterizzazione di questo importante prodotto di nicchia è stata raggiunta impiegando due tecniche fisiche non distruttive, nel dettaglio la fluorescenza a raggi X (XRF) e la luminescenza ritardata (DL), utilizzate in combinazione con tecniche statistiche multi parametriche ed analisi microbiologiche tradizionali. Le tecniche analitiche spettroscopiche non danneggiano il campione sotto esame, richiedono una quantità minima di campione e permettono di rivelare la presenza di molti elementi e composti chimici in pochi minuti. In particolare, la spettroscopia XRF è stata applicata su frutti di pomodoro ciliegino raccolti all'interno e all'esterno del distretto di Pachino riconosciuto con il marchio IGP al fine di rilevare elementi caratterizzanti e in tracce legati all'origine geografica e alla genuinità e salubrità dei prodotti (es. metalli pesanti), mentre la tecnica DL è stata utilizzata per rivelare eventuali cambiamenti strutturali al variare delle condizioni di crescita delle piante. A corredo, sono state effettuate analisi microbiologiche e molecolari per approfondire le conoscenze relative alle popolazioni microbiche presenti sulla carposfera del pomodoro IGP di Pachino, dando particolare enfasi alla microflora autoctona benefica dotata di proprietà antagonistiche. I dati sperimentali sono stati ampiamente studiati utilizzando la Principal Component Analysis (PCA) e la Cluster Analysis, che hanno evidenziato le relazioni tra il profilo elementare di questo tipico prodotto e il territorio di origine (area geografica di produzione), facendo emergere le somiglianze e le differenze tra i campioni in relazione alle loro caratteristiche chimiche e microbiologiche. Tramite analisi PCA sono stati messi in luce diversi elementi caratterizzanti, quali Cl, K, Ca, Fe, Br, Cl, Rb e Sr, in tutti i campioni di pomodoro analizzati, seppur in concentrazioni diverse. Il "Pomodoro IGP di Pachino" si distingue dai campioni di pomodoro non IGP coltivati in altri terreni agricoli siciliani per alcuni elementi caratterizzanti presenti nella sua buccia (Ca, Zn e Sr) e, soprattutto, per elementi in tracce la cui presenza caratterizza il fingerprint elementale, a conferma della forte relazione tra la qualità dei prodotti agroalimentari e il territorio di origine. Così come osservato per il profilo elementale, anche le popolazioni microbiche epifite differiscono in densità e composizione al variare delle aree di coltivazione monitorate e ciò suggerisce l'esistenza di forti legami tra la composizione microbiologica e chimica dei frutti. Al contrario, la tecnica DL allo stato attuale non sembra discriminare i prodotti sulla base dell’origine geografica, poiché le differenze nelle rese di fotoni DL emesse dai frutti di pomodoro non appaiono correlate al territorio di produzione. Tuttavia, tale tecnica potrebbe essere utilizzata in associazione con la spettroscopia XRF per determinare la qualità interna dei vegetali ed i parametri di qualità che influenzano il sapore, la commercializzazione e il grado di maturazione dei frutti. I nostri risultati suggeriscono che la composizione elementale rilevabile attraverso l'analisi XRF potrebbe essere utilizzata come firma spettroscopica per identificare il pomodoro IGP di Pachino, per evidenziare eventuali contaminanti e per ostacolare le contraffazioni alimentari riguardanti i prodotti a marchio, a supporto del sistema di tracciabilità. L'uso complementare delle tecniche XRF e DL può aiutare le aziende che operano nel settore agroalimentare a valutare rapidamente la qualità dei loro prodotti, evitando laboriose procedure di preparazione dei campioni, con il vantaggio di non danneggiare o distruggere le matrici biologiche analizzate. La possibilità di determinare la qualità e la tracciabilità in modo rapido, semplice e in situ, offre solide prospettive per un uso futuro di queste tecniche, su scala più ampia, in tutte le fasi della filiera agro-alimentare.