La gestione di una situazione complessa dal punto … 1 La gestione di una situazione complessa dal punto vista analitico per i parametri chimici FOOD SAFETY & QUALITY IL LABORATORIO

23/03/2018

1

La gestione di una situazione complessa dal punto vista analitico per i parametri chimici

FOOD SAFETY & QUALITYIL LABORATORIO INTERNO PER IL CONTROLLO DELLA QUALITA’

Roberto Piro

IZSVe - SCS8 – Valorizzazione delle produzioni alimentari

CENTRALE DEL LATTE DI VICENZAVicenza - 22 marzo 2018

Il contesto

• Le regole

• I requisiti

•Tipologia controlli

• La strumentazione

• I costi – ROI

• I metodi

• Le performace

Piro Roberto -Vicenza - 22 marzo 2018

23/03/2018

2

Le regole

•Introduzione del metodo HACCP (autocontrollo) analisi e gestione del rischio

•Libro Bianco sulla sicurezza alimentare (2000)

•Reg. 178/2002

•Reg. 852, 853, 854, 882/2004

•Reg. 1169/2011


Settore chimico

• Sotto pressione

• Centinaia di procedure in uso e da tenere sotto controllo

• Accreditamento

• Nuove emergenze / crisi

• In continua espansione

• Nuovi investimenti

• Tempi

• Costi

23/03/2018

3

Settori Analitici (nuova visione)

Nutrizione

ComposizioneCaratterizzazione

Frodi

AlterazioniAdulterazioniSofisticazioni Falsificazioni

Contraffazioni

SicurezzaResidui

ContaminantiTossine

Frodi

horse meat scandal

23/03/2018

4

Frodi – laboratorio di riferimento

Frodi – cambio strategia


23/03/2018

5

Frodi – ricerca scientifica


Frodi – prodotti a rischio


23/03/2018

6

Elenco Regionale Laboratori Autocontrollo

• Bur n. 2 del 05/01/2018

• DECRETO DEL DIRETTORE DELLA UNITA' ORGANIZZATIVA VETERINARIA E SICUREZZA ALIMENTARE n.76 del 13 novembre 2017

• Elenco regionale dei laboratori non annessi alle imprese che effettuano analisi nell'ambito delle procedure di autocontrollo, o annessi alle imprese alimentari che effettuano analisi nell'ambito delle procedure di autocontrollo per conto di altre imprese alimentari facenti capo a soggetti giuridici diversi. Aggiornamento novembre 2017.

Piro Roberto -Vicenza - 22 marzo 2018 11

Requisiti laboratori annessi alle imprese


23/03/2018

7

Requisiti

• Logistica• Ambienti • Flusso Campioni• Strumentazione / Attrezzature

• Personale • Formazione

• Metodi• Screening/Conferma• Validazione • Incertezza di misura

• Refertazione

• Controlli Qualità• Ring Test• Materiali di riferimento


Scenario

•Richiesta informazioni

• Autocontrollo HACCP

• Studio / Verifica shelf-life

• Verifica fornitori

• Richieste x Export

• Promozione / qualificazione

• Certificazione

•Costi

•Disponibilità economiche

•Tempi reazione


23/03/2018

8

Esigenze analitiche

• Costo analisi

• Impegno del personale

• Tempi di risposta

• Qualità / Affidabilità del dato


Obiettivi

• Conoscere Caratteristiche chimiche (etichettatura nutrizione, Ω3/Ω6)

Proprietà organolettiche Reale rischio chimico Influenza del ciclo produttivo / nutrizione su prod. finito

• Promuovere Definire capitolati / disciplinari

• Difendere Conoscere prod. concorrenza Prevenire

• Controllare Prodotti finiti Materie prime / mangimi


23/03/2018

9

Variazione dei valori

fattori che determinano la variazione dei valori nutrizionali:Variabilità delle materie primeCambio fornitoriStagionalitàCambio del processo produttivoModalità e tempi di conservazioneOmogeneità del campione


Controllo Analitico Standard -

Controllo analitico “smart” -

Cambio processo o materie prime

Cambio processo o materie prime

Metodi di riferimento

Metodo NIR

Controlli Tipologie e frequenze controlli

23/03/2018

10

Vecchi/Nuovi «pericoli» chimici

•Pesticidi

•Metalli pesanti

•Persistent Organic Pollutants (POPs)• Diossine + PCBs• sostanze perfluoroalchiliche (PFAA)• ritardanti di fiamma bromurati

•Nanomateriali – nanoparticelle

•Micotossine

•Alcaloidi

•Materiali a contatto con gli alimenti

•Frodi

≠ Concentrazione # Metodi ≠ Strumentazione

%

‰

ppm

ppb

ppt

Difficoltà analitica

• Composizione/Etichettatura

• Additivi

• Stato di conservazione

• Metalli pesanti

• Tossine

• Farmaci & Anabolizzanti Pesticidi – Diossine – POPs

23/03/2018

11

Tipologie metodi

• Metodi di Screening

• Metodi di Conferma

Indizi

Prove


Scelta Laboratorio

Soluzione Interna Soluzione Esterna

• Accreditamento necessario• Valutazione elenco prove • Costi / Budget per esami • Tempi di risposta• Dialogo tecnico costruttivo

• Risorse economiche elevate• Personale specializzato • Locali dedicati • Tempi realizzazione lunghi• Accreditamento non necessario• Flessibilità interventi


23/03/2018

12

Return of Investiment (ROI)


• Indice di redditività del capitale investito o ritorno sugli investimenti

• Investimento variabile da 100.000 a 1.000.000€

• Screening / Conferma

• Numero di accertamenti per anno

Fit for Purpose - Identificazione delle tecniche

•Wet chemistry NIR o RAMAN

•HPLC LC-MS/MS DART/HRMS

•AAS ICP/MS XRF TXRF

• IRMS WS-CRDS

•GC - GC/MS GCxGC GC/IMS

23/03/2018

13

2008 - Scandalo Melamina

• Il controllo degli alimenti non potrà essere più lo stesso dopo lo scandalo Melamina !


Scandalo Melamina

• Melamina: causa il blocco renale (calcoli)

• Utilizzata in campo industriale.

• Alto contenuto in Azoto, utilizzato per falsare il dato delle proteine determinate con il metodo Kjeldahl.

• Sei bambini morti e più di 300.000 ammalati.

23/03/2018

14

La tecnica – il metodo ideale

•Star Trek - Tricoder (1966-1969)• Primo esempio (non reale) di strumentazione

analitica istantanea

•CSI style • Rapido, facile e affidabile• CSI syndrome

oUna elevata non ragionevole aspettativa, relativamente alle capacità diagnostiche dei laboratori.

Magical Food Scanner

• The gadget works by scanning (by laser beam) the food and uploading the data to special web server.

• There's an algorithm that creates a report which is sent to a mobile phone apprevealing the food's contents and the appcan also keep a diary of what a user haseaten that day

• TellSpec can also identify allergens, chemicals, nutrients, calories, and ingredients in foods or beverages to makelife easier for allergy sufferers

$ 386392 USD

23/03/2018

15

I metodi


Metodo KjeldahlProteine

1883

Metodo Soxhlet Grassi/Lipidi

1879

Metodi di riferimentoMetodi Ufficiali


23/03/2018

16

NIR for Dummies

Referencesamples

Statistics

CalibrationCurves

Chemical analysis

Spectra

Unknownsamples

Spectra

Results

NIR for Dummies


Sistema integrato di controllo

• Approccio sinergico


+

Screening Conferma

Indizi Prove

23/03/2018

17

Tipologia laboratori di controllo

Laboratorio off-line

Laboratorio at-line

Laboratorio Interno

Controlli on-line


Metodologie

• Approccio Targeted

– Procedure Standard

– Ricerca di specifici composti (preselezionati)

– Basata sull’esperienza pregressa

– Analisi usa-getta (One-shot)

• Approccio Olistico o Nontargeted

– Metodi rapidi

– Mappe / Profili

– Standardizzare non semplice

– Uso della Statistica (chemometria)

– Dati Riutilizzabili (analisi retrospettive)

NewIntegrated

System


23/03/2018

18

Laboratori controllo routinario

Innovazione Attività - Metodi normati Piro Roberto -Vicenza - 22 marzo 2018

Autenticazione biometrica

Una persona può essere identificata con certezza utilizzando sistemi rapidi diversi dal test del DNA

Riconoscimento o

identificazione basata su

una o più caratteristiche

biologiche e/o

comportamentali

(fingerprint, face

recognition, Palm print,

hand geometry, iris o

retina recognition)

confrontandole con i dati,

precedentemente acquisiti

e presenti nel database.


23/03/2018

19

Autenticazione food-metrics

• Basato su più spettri che possono identificare rapidamente specifiche caratteristiche di un alimento.

• Sono incluse tecniche spettroscopiche, cromatografiche o di spettrometria di massa (NIR/FTIR, RAMAN, XRF, GCxGC, CZE, DART-HRMS, WS-CRDS).

L-ASCORBIC ACID, 99+%, A.C.S. REAGENT

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

Int

D-ISOASCORBIC ACID, 98%

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

Int

500 1000 1500 2000 2500 3000

Raman shif t (cm-1)

• Alternativamente all’approccio

classico un alimento può essere

identificato/classificato mediante

l’uso della chemiometria

WS-CRDS

NIR

TXRF

DART-HRMSRAMAN


Key words

• NESSUN (limitato) trattamento dei campioni

• NESSUN (limitato) preparazione dei campioni

• NESSUN (limitato) effetto matrice

• ALTA flessibilità

• ELEVATI volumi di campioni processabili

• ELEVATO numero di parametri rilevabili

• Analisi Retrospettive

• BASSO consumo di energia

• POCHI rifiuti

• BASSO uso di solventi


23/03/2018

20

Sample flow chart

39 di 27

NIR

Colore

TXRF

DARTHR-MS

Ris

ult

ati

GC

Dat

a B

ase

CZE

TPA

IncomingSamples

Composizione nutrizionaleUmidità – Proteine – Grasso

Ceneri – CarboidratiValore energetico kcal / kJ

Luminosità (L) - Saturazione (H) rosso/verde (a) - giallo/blu (b)

Tinta /Croma ( C) Differenza colore (delta E)

Calcio - Cloro - Bromo – Zolfo - Fosforo Cromo – Nichel - Cobalto - Ferro

Manganese - Piombo – Zinco – RameTitanio - Selenio – Stagno - Stronzio – Rubidio

Profili frazione lipofilaTrigliceridi – Colesterolostato di conservazioneProfili frazione idrofila

Profili frazione volatile Aromi, VOCs , acidi grassi,

Colesterolo

Composti polari - Nitriti, NitratiSolfati, acidi organici ,zuccheri

Masticabilità – CoesivitàDurezza - Elasticità

Gommosità - Forza di rottura

Elab

ora

zio

ne

Stat

isti

ca


Laboratorio di Chimica Sperimentale - Vicenza

•Approccio olistico• Visione di insieme• Applicabile a qualsiasi prodotto alimentare • Applicabile al singolo lotto di produzione (rapido 2-3gg,

ed economico -60/70%)• Caratterizzazione nutrizionale + oligoelementi, frazione

lipidica, proteine …• Caratterizzazione sensoriale/organolettica: aspetto,

colore, profumo, consistenza …

40Piro Roberto -Vicenza - 22 marzo 2018

23/03/2018

21

Servizi - IZSVe

• Controlli microbiologici

• Controlli chimici

• Analisi sensoriali

• Challenge test

• Shelf life

• Cucina sperimentale

Laboratorio

NIR

GCTXRF

DART-MS

CZE

NIRNear-infrared

spectroscopy

TXRFTotal Reflection X-

Ray Fluorescence

GCGas Chromatography

DART

HRMSDirect Analysis In Real

Time - High Res. MS

CZECapillary

Electrophoresis

TPATexture Profile

Analysis

CIE Lab

composizione nutrizionale

Minerali oligoelementi

frazione volatile aromi

Fingerprintmolecolare

Composti polari ConsistenzaColore


23/03/2018

22

Prodotti Lattiero caseari

Latte in polvere Pecorino

Yogurt Formaggi molli

Asiago Bitto

Provolone Silter

Fontal Bagoss

Quartirolo Caciotta

Taleggio Ricotta

Mascarpone Mozzarella

Grana Padano Formaggio termizzato

Parmigiano Reggiano Casera

Calibrazioni NIRN°

SpettriMin Max Trattamento Rank R² RMSECV RPD

Umidità 656 8.6 83.4 MSC 20 99.42 1.04 13.1 Proteine 973 3.1 48.4 SNV 23 98.81 0.829 9.16 Grasso 902 0.9 72.7 SNV 14 99.52 0.991 14.5 Ceneri 1391 0.18 9.28 SNV 21 97.23 0.298 6.01 Cloruri 361 0.11 7.97 1 Deriv + MSC 14 96.15 0.246 5.93 Ac grassi saturi 100 0.34 22.0 Min-Max 15 99.35 0.476 12.4Ac grassi mono insaturi 98 0.21 29.1 MSC 8 99.56 0.553 15.2Ac grassi polinsaturi 103 0.06 7.6 SNV 21 96.59 0.401 5.42

Grasso Umidità

Proteine Ceneri

23/03/2018

23

GRANA08_3 #39-68 RT: 0.17-0.30 AV: 30 SB: 32 0.00-0.10 , 0.32-0.36 NL: 1.44E6T: FTMS + p NSI Full ms [250.00-1125.00]

300 350 400 450 500 550 600 650 700 750 800 850 900 950 1000 1050 1100

m/z

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

70

75

80

85

90

95

100

Re

lative

Ab

un

da

nce

383.31

656.58

355.28

628.55

682.60

411.35

600.52327.25

710.63523.47 572.49439.38

467.41

516.42

738.66850.78766.69

876.80

1021.86902.81 1105.95993.83

Cholesterol

Trigliceridi a catena corta

DART-HRMS: Grana Padano


formaggi_GRANA_CROSTA_0%_POS_CID_0_01 #39-55 RT: 0.22-0.31 AV: 17 SB: 10 0.06-0.11 NL: 6.39E6T: FTMS + p NSI Full ms [75.00-1125.00]

250 300 350 400 450 500 550 600 650 700 750 800 850 900 950

m/z

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

70

75

80

85

90

95

100

Re

lative

Ab

un

da

nce

404.2997

628.5497

383.3147271.1897 600.5187544.4563

355.2834288.2890

516.4250327.2521

418.3518682.5965

444.3675

488.3937

710.6277

740.6740

796.7365 850.7832 916.7459

formaggi_GRANA_CROSTA_100%_POS_CID_0_02 #38-54 RT: 0.21-0.30 AV: 17 SB: 9 0.06-0.11 NL: 1.04E7T: FTMS + p NSI Full ms [75.00-1125.00]

250 300 350 400 450 500 550 600 650 700 750 800 850 900 950

m/z

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

70

75

80

85

90

95

100

Re

lative

Ab

un

da

nce

656.5813

628.5501

600.5190

682.5969

572.4878383.3150

298.2736544.4566

282.1696355.2837

404.3000

710.6281516.4253

327.2523

439.3776740.6743467.4089

495.4400

766.6901822.7532

876.7995906.8455

formaggi_GRANA_CROSTA_0%_NEG_CID_0_02 #31-50 RT: 0.19-0.30 AV: 20 SB: 10 0.05-0.11 NL: 3.89E7T: FTMS - p NSI Full ms [75.00-1125.00]

100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 320 340

m/z

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

70

75

80

85

90

95

100

Re

lative

Ab

un

da

nce

255.2329

227.2009165.0548

202.1072

117.0179

171.1382 281.2486

188.0919128.0339

131.0697

236.0924

241.2170269.2487

111.0187147.0440

181.0499

286.2151

158.0812

214.1443 297.2435 331.1512312.2309 347.2803

135.0300

formaggi_GRANA_CROSTA_100%_NEG_CID_0_02 #28-50 RT: 0.18-0.31 AV: 23 SB: 9 0.05-0.10 NL: 7.09E7T: FTMS - p NSI Full ms [75.00-1125.00]

100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 320 340

m/z

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

70

75

80

85

90

95

100

Re

lative

Ab

un

da

nce

255.2326

227.2008 281.2483

165.0547

199.1694

241.2168128.0339

188.0919

171.1382

131.0700117.0181 269.2485

111.0187

286.2148

312.2307295.2276

203.1111

147.0440 213.1853181.0497

158.0812

330.2412 349.2593

259.1865

231.1429

251.1284

Crosta

Polpa

Ioni Negativi Ioni Positivi

Acidi grassi liberi

DART-HRMS: Grana Padano Grattugiato


23/03/2018

24

43_WRUSTEL_PANC_FORM_ETILACETATO_POS_01-qb #1 RT: 0.20 AV: 1 NL: 4.61E6T: FTMS + p NSI Full ms [75.00-1125.00]

300 350 400 450 500 550 600 650 700 750 800 850 900 950

m/z

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

22

24

Rel

ativ

e A

bund

ance

656.5817876.7996628.5505

577.5186

600.5194

682.5974

850.7838544.4569710.6281

516.4255437.3119738.6594

467.4090 902.8149822.7530766.6901

919.8156

Milk TAGs Meat TAGs

DART – HRMS: Wurstel con formaggio


TXRF Formaggi


2 4 6 8 10 12 14

- keV -

0

20

40

60

80

x 1E3 Pulses

Si

P S

Cl

K

Ca

Cr Mn Fe Co Ni Cu

Zn

Ga

As Se Br Rb

Rb

Sr

Sr

V Ti

GRANAPADANO

*

2 4 6 8 10 12 14

- keV -

0

5

10

15

20

25

x 1E3 Pulses

Si

P

S

Cl

K

Ca

Ti

V

Cr Mn

Fe Co Ni Cu

Zn Ga

Rb

Sr

GOAT CHEESE

2 4 6 8 10 12 14

- keV -

0

10

20

30

x 1E3 Pulses

Si

P S

Cl

K

Ca

Ti

V

Cr Mn Fe Co Ni Cu

Zn

Ga

Rb Sr

MOZZARELLA

2 4 6 8 10 12 14

- keV -

0

2

4

6

8

x 1E3 Pulses

Si

P

S

Cl

K

Ca

Ti

V

Cr Mn

Fe Co Ni Cu

Zn

Ga

Rb

Sr

Br

RICOTTA

23/03/2018

25

Validazione

• Reg. CE 882/2004 allegato IIIa) esattezza;

b) applicabilità (matrice e gamma di concentrazione);

c) limite di rilevazione;

d) limite di determinazione;

e) precisione;

f) ripetibilita ;

g) riproducibilita ;

h) recupero;

i) selettivita ;

j) sensibilita ;

k) incertezza delle misurazioni;

l) altri criteri a scelta


Precisione - accuratezza


23/03/2018

26

Incertezza di misura

• ISO, VIM, 1993 (trad. UNI ENV 13005)• Un parametro, associato al risultato di una misurazione,

che caratterizza la dispersione dei valori ragionevolmente attribuibili al misurando

•UNI ISO 3534-1:2000• Stima legata ad un risultato di prova che caratterizza

l’escursione dei valori entro cui si suppone che cada il valore vero [del misurando]


Incertezza di misura

•Approccio metrologico (bottom-up)

•Approccio olistico o deconstruttivo (top down)

•Relazione di Horwitz

• Competenze specifiche

• Formazione


23/03/2018

27

Horwitz Trumpet


Controllo qualità del dato

• Carte di controllo (Shewhart)

• Campioni di riferimento certificati

• Partecipazione a ring test (z-Score)


23/03/2018

28

FOOD-METRICS

•È impossibile o improbabile che un alimento adulterato (o con composizione sospetta) superi senza problemi una serie di controlli in sequenza.

AUTHENTIC FOOD

ADULTERATEDFOOD

NIR NIR NIR NIR

TXRF TRXF TXRF TXRF

DART-MS DART-MS DART-MS DART-MS

Metodologie

Fantasy Historical

Fake ActualFuture

Alternative

You take the red pill, you stay in Wonderland, and I show you how deep

the rabbit hole goes.

23/03/2018

29

Take-home message

• Laboratorio Aziendale • Attenta valutazione costi e tipologia attività• Valutazione sistemi alternative/innovativi

•Caratteristiche • Elevata capacità analitica • Riduzione dei tempi di risposta • Riduzione dei costi delle analisi • Rispetto dell’ambiente

•Corretta gestione del controllo qualità del dato

Ralph Waldo EmersonFilosofo

1803 – 1882

Dr. Roberto PIROSCS8– Valorizzazione delle produzioni alimentari

[email protected]

Science does not know its debt to imagination

Documents

La gestione di una situazione complessa dal punto … 1 La gestione di una situazione complessa dal punto vista analitico per i parametri chimici FOOD SAFETY & QUALITY IL LABORATORIO