Nuove strade per la tracciabilità dell'olio extra vergine di oliva: le molecole isotopiche inorganiche

Una delle forme più diffuse di frode sull’olio di oliva, e più difficile da individuare, è la falsa dichiarazione di origine geografica: un illecito che determina una perdita finanziaria globale, dell'industria agroalimentare, stimata tra 30 e 40 miliardi di dollari all'anno.

Sono molti anni che si sta studiando di risolvere questo problema utilizzando i rapporti isotopici stabili di elementi “leggeri” come l’Idrogeno (H), il Carbonio (C) e l’Ossigeno (O), cioè gli atomi di 1H, 2H; 12 C, 13C; 16O,18O, che forniscono informazioni sull'origine geografica dell’olio e sul contesto pedoclimatico.

Il termine “isotopo” deriva dal greco ìsos, "stesso" e tópos, "posto", per definire quell’atomo, di un qualunque elemento chimico, che pur avendo lo stesso numero atomico (protoni nel nucleo ed elettroni negli orbitali) ha una differente massa dovuta ad un diverso numero di neutroni, presenti nel nucleo.

I risultati degli studi hanno dimostrato anche una correlazione positiva tra le composizioni isotopiche del Carbonio e dell’Ossigeno con lo stadio di maturità della pianta. Questo anche per stabilire l'evoluzione dei cambiamenti climatici durante la stagione di maturazione dei frutti e soprattutto durante il periodo di massimo accumulo dell’olio.

Le misurazioni dei rapporti isotopici di Idrogeno e di Ossigeno sono utilizzate come traccianti della dinamica dell'acqua difatti la composizione dei suoi isotopi varia a seconda della posizione geografica, latitudine, longitudine, altitudine, distanza dal mare, clima, quantità e tipo di precipitazione, evaporazione, tipologia delle piante che interagisce con il clima e con il tasso di evaporazione per traspirazione.

Le misurazioni degli isotopi del Carbonio sono state utilizzate anche come traccianti della fotosintesi.

Pertanto le ricerche hanno dimostrato che gli isotopi stabili degli elementi leggeri (H, C, O) sono buoni indicatori dell’origine geografica e questo approccio integra il comportamento ecofisiologico, che a sua volta è direttamente correlato al tipo di fotosintesi e al contesto pedoclimatico.

Sulla base dei risultati pubblicati, ottenuti in varie località geografiche, è stato creato un ampio database internazionale della gamma di rapporti isotopici stabili degli elementi leggeri e si è anche visto che i rapporti di campioni della stessa regione, mostravano variazioni annuali, caratterizzati dalle differenti condizioni climatiche, come le precipitazioni e le temperature.

Si è ritenuto fondamentale trovare un sistema che non dipendesse dalle condizioni pedoclimatiche, puntando l’attenzione su isotopi di atomi pesanti presenti in tracce nell’EVO classificabili per questo in tre categorie: (1) Rubidio (Rb) e Piombo (Pb) con concentrazioni < 1 µg/kg; (2) Arsenico (As), Boro (B), Manganese (Mn), Nichel (Ni) e Stronzio (Sr) variabili tra 10 e 100 µg/kg; (3) Cromo (Cr), Ferro (Fe) e Calcio (Ca) con valori compresi tra 100 e 10.000 µg/kg.

In seguito si sono dovuti dirimere alcuni problemi:

- vista la bassissima concentrazione di alcuni elementi presenti nell’olio, andava risolta la difficoltà di dosarli in modo corretto e riproducibile;

-  la presenza di contaminanti ambientali (fertilizzanti, pesticidi contenenti metalli, polveri da traffico, in particolare il gas di scarico o le polveri dall’usura dei freni, caduta di polveri da attività industriali…);

-  la necessità che il rapporto isotopico riflettesse, non il metabolismo della pianta come l’O, H, C, ma fosse un riflesso diretto del suolo e della geologia locale.

In base alle analisi degli elementi contenuti nell'olio d'oliva, è stato utile dividerli in tre categorie:

(1) lo Sr, Rb e Li non sono essenziali per la crescita e sviluppo della pianta, ma legati al tipo di terreno e al substrato roccioso, pertanto utili per risalire all'origine geologica.

(2) il Cd, Cu e K possono provenire da ammendanti agricoli e quindi possono contribuire a collegare una area a pratiche agricole specifiche.

(3) I’As, Pb, Cu, Cr e Ni potrebbero derivare da scarichi di attività industriali come quella tessile o metallurgia.

La prima categoria di elementi, mostra concentrazioni più basse come il Pb e Rb, mediamente intorno a 0,25 µg/kg, la seconda come l’As, Ba, Mn, Ni e Sr, ha mediane comprese tra 0 e 20 µg/kg, mai superiori a 200 µg/kg. Il terzo gruppo, tra cui Ca, Cr e Fe, è classificato come “a concentrazioni elevate”, varia da poche centinaia di µg/kg fino a 10 mg/kg. Le concentrazioni più elevate sono state riportate per il Calcio.

La variabilità nelle concentrazioni di Li, Rb e Sr è correlata al contenuto del suolo poiché questi elementi sono principalmente originati da esso. Si è osservata che il Li, negli oli originari dell'Italia, aveva una concentrazioni da 0,008 a 0,020 µg/ kg mentre in quelli spagnoli mostravano valori più alti fino a 6,4 µg/kg. Così è stato anche per il Rudibio (Rb) dove le concentrazioni negli oli italiani erano comprese tra 0,04 e 0,39 µg/kg mentre in quelli spagnoli fino a 2,6 µg/kg. Infine le concentrazioni di Stronzio (Sr) variano tra i diversi paesi, da meno di 0,3 µg/kg negli oli europei fino a 40 µg/kg negli oli tunisini.

Gli isotopi dello stronzio (Sr) sono utilizzati per la tracciabilità geografica in molte altre applicazioni alimentari (come il grano, il vino, il caffè e alcuni frutti tra cui l'arancia) in quanto è un elemento relativamente abbondante nel suolo, non viene metabolizzato dagli organismi viventi e non sembra subire alcun frazionamento rilevabile. Ciò si traduce in un comportamento completamente conservativo del rapporto isotopico (87 Sr/ 86 Sr), partendo dal suolo alla pianta.

Lo Sr è un metallo alcalino terroso naturalmente presente nelle rocce, nel suolo e nell'acqua ed ha quattro isotopi stabili (84,86,87,88 Sr). L' isotopo 87Sr è radiogeno in quanto deriva dalla disintegrazione del 87Rb. Il rapporto isotopico 87 Sr/ 86 Sr è legato alla natura intrinseca del substrato roccioso, alla sua età e alla sua evoluzione geologica ed è specifico per ogni tipo di suolo.

Benincasa et al. (2007) sono stati i primi a segnalare l'uso della misurazione del rapporto isotopico dello stronzio nell'olio d'oliva a fini della tracciabilità, ma la natura complessa della matrice e il basso contenuto (<50 µg/Kg) ha reso difficile dosarlo, con la maggior parte dei metodi analitici. Di conseguenza, una pre-concentrazione è obbligatoria per ottenere risultati adeguati.

Poiché le concentrazioni sono estremamente basse, per una misurazione accurata del rapporto isotopico 87/86Sr, mediante spettrometria di massa, è stato necessario procedere all'incenerimento dell’EVO in un forno a muffola, per arricchire la quantità di campione da analizzare. La successiva purificazione è stata eseguita utilizzando una resina specifica, secondo un protocollo già descritto. Infine, i rapporti isotopici sono stati determinati mediante spettrometria di massa a ionizzazione termica (TIMS) di oli di varia provenienza ed i risultati hanno mostrato che questi sono correlati e distinguibili, in base alla geologia del substrato roccioso.

In conclusione, gli studi incentrati sugli oli d'oliva, dove i principali rapporti isotopici utilizzati erano 13C/12C, 18O/16O e 2H/1H, consentivano di tracciare le condizioni pedoclimatiche dell'area di coltivazione della pianta, mentre le misure del rapporto 13C/14C erano un tracciante dei processi fisiologici della pianta, cioè della fissazione e dell'assimilazione della anidride carbonica (CO2) atmosferica durante la fotosintesi.

Si è visto che esiste una variabilità nelle concentrazioni di Li, Rb e Sr correlate al loro contenuto nel suolo di origine, in quanto questi elementi sono originati da esso ed il rapporto isotopico dello Stronzio 87Sr/86Sr fornisce accurate informazioni sul substrato geologico consentendo di risalire all’area geografica di coltivazione dell’olivo e quindi dell’olio prodotto.