Costruire un naso elettronico per controllare cibo e bevande. È stato questo l’obiettivo del progetto di ricerca di Sonia Freddi, postdoctoral researcher e referente del progetto d’Ateneo “Dalle nanostrutture all’intelligenza artificiale: un naso elettronico per la salvaguardia e la valorizzazione del patrimonio vitivinicolo”, finanziato con i fondi del 5×1000 dell’Università Cattolica del Sacro Cuore.
L’analisi delle componenti volatili è un metodo efficiente per ottenere informazioni riguardo la composizione chimica di fluidi e solidi e questa analisi può essere potenzialmente applicata in svariati campi, inclusi il controllo della qualità, della freschezza e dell’origine di prodotti alimentari. Infatti, cibi e bevande emettono particolari molecole di gas che possono indicare se un prodotto è fresco o deteriorarato, o possono rivelare la provenienza di determinati alimenti. Se si riesce a tracciare la presenza di queste componenti gassose considerate biomarcatori di freschezza, origine e qualità, è possibile accertare in modo rapido e semplice queste caratteristiche.
Nel dettaglio, il progetto di ricerca è volto alla realizzazione di piattaforme di sensori a base di nanotubi di carbonio e grafene, in grado di rilevare specifiche molecole di gas.
Questo perché il vino è caratterizzato da particolari componenti organolettiche e volatili, circa 800 diverse componenti, che identificano non soltanto la sua composizione chimica o la tipologia d’uva utilizzata per produrre quel vino, ma possono essere indicative anche per tracciarne la provenienza e controllarne l’origine.
Negli ultimi anni, l’industria vinicola ha cercato tecniche sempre più rapide e affidabili per controllare soprattutto l’origine di quei vini identificati come di Denominazione di Origine Controllata e Garantita (DOCG) o di denominazione di origine controllata (DOC) e l’analisi delle componenti volatili tramite l’utilizzo di un naso elettronico, grazie alla sensibilità elevata dei sensori, alla risposta rapida e alla facilità di utilizzo, oltre che alla capacità di riconoscere numerose componenti attraverso metodi di analisi multivariata e costi contenuti, è una tecnica che sta prendendo sempre più piede in questo ambito.
Il progetto è stato strutturato in diverse fasi
Preparazione sensori e assemblaggio naso elettronico. Nel mese di maggio, è stata avviata la preparazione dei sensori. In particolare, dopo aver acquistato materiali bidimensionali e averli dissolti in soluzione, si sono preparati su plastica svariati sensori, utilizzando la tecnica del dropcasting. I sensori sono stati poi caratterizzati nei laboratori I-Lamp (Università Cattolica – Bs) e presso i laboratori L-NESS di Como con tecniche di spettroscopia (Raman) e microscopia (microscopio a forza atomica e microscopio a scansione elettronica). Infine, sono stati fatti i contatti elettrici e i sensori, dopo essere stati montati su una apposita basetta a formare il naso elettronico, sono stati collegati all’elettronica.
Test di laboratorio con gas biomarcatori e analisi multivariata
In questa fase del progetto il naso elettronico è stato testato in laboratorio con gas sintetici o analiti in fase liquida fatti evaporare (VOCs). In particolare, i gas e i VOCs testati sono considerati biomarcatori di specifiche qualità del vino; per esempio, sono stati testati ammoniaca, acetone e acido acetico, che sono considerati indicatori dell’adulterazione del vino. Per effettuare i test si sono sfruttati i sistemi di camere e flussimetri presenti nei laboratori I-Lamp. I dati sono stati poi analizzati con tecniche statistiche multivariate, come per esempio l’analisi delle componenti principali. I risultati hanno dimostrato la capacità del naso elettronico di riconoscere i gas e i VOCs testati in uno spazio 2-dimensionali delle componenti principali. Questo risultato ha aperto la possibilità di testare i vini.
Test del naso elettronico con i vini
Questa fase del progetto ha visto dapprima la progettazione e realizzazione di un set up che permettesse la raccolta dei vapori del vino e il successivo rilascio di questi vapori in una busta di plastica sigillata e sterile, dove è stato allocato il naso elettronico, e successivamente la fase di test vero e proprio di svariati vini.
I test dei vini si sono svolti in due fasi: la prima aveva come obiettivo quello di testare la freschezza di un generico vino bianco da cucina, mentre la seconda si prefissava un’indagine più ampia legata al riconoscimento di diverse tipologie di vino.
In particolare, a questo riguardo sono stati acquistati svariati vini, bianchi e rossi, prodotti in Lombardia (Pinot grigio, pinot rosso, Lugana, chardonnay, sauvignon, prosecco, rime rosè).
Il naso elettronico si è dimostrato in grado sia di riconoscere la freschezza e l’adulterazione di un generico vino bianco (in dettaglio, in uno spazio 2D delle componenti principali, si trova un trend in funzione della freschezza del vino, appena aperto, dopo una settimana e dopo mesi dall’apertura della bottiglia), sia di riconoscere con buona precisione i vari vini che sono stati testati (in dettaglio, ciascun vino testato clusterizza in regioni differenti di uno spazio 2D delle componenti principali). Questi risultati preliminari confermano la fattibilità di utilizzare il naso elettronico sviluppato per monitorare la freschezza di un vino e la sua origine, aprendo la strada a possibili test in cantine o aziende vitivinicole.
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Nella settimana dedicata alla Stem e al nuovo protagonismo delle donne in queste discipline, Sonia Freddi, nei laboratori del Dipartimento di Fisica dell’Università Cattolica, ha progettato uno strumento in grado di riconoscere la freschezza del vino e la sua origine. Una scoperta che apre la strada a test per i controlli sulla qualità dei prodotti nelle cantine.
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