La firma chimica dell'olio extravergine di oliva italiano svelata dalle tecniche analitiche avanzate

L’olio extravergine di oliva rappresenta un pilastro della dieta mediterranea, con benefici per la salute associati all’acido oleico e a un’elevata concentrazione di polifenoli come idrossitirosolo, tirosolo e oleuropeina. Questi composti dimostrano una potente attività antiossidante e antinfiammatoria, contribuendo alla riduzione dello stress ossidativo e al miglioramento dei marcatori di rischio per le malattie cardiovascolari e metaboliche. Nel bacino del Mediterraneo, la produzione di olio d’oliva costituisce una fetta significativa dell’economia, con i principali produttori rappresentati da Spagna e Italia, seguiti da Turchia, Tunisia e Grecia.

Nonostante l’importanza culturale e la crescente domanda di certificazioni di qualità e autenticazione della provenienza, l’interesse nell’utilizzo delle firme chimiche per legare l’olio d’oliva all’origine geografica è cresciuto solo di recente. In particolare, l’uso della spettrometria di massa con plasma accoppiato induttivamente, nonostante sia uno degli strumenti più utili nella chimica analitica per la certificazione della provenienza alimentare grazie alla valutazione di elementi non essenziali come le terre rare direttamente legate al territorio, è ancora poco utilizzato nell’analisi dell’olio d’oliva.

Le sfide analitiche di una matrice complessa

A causa della natura estremamente lipofila dell’olio d’oliva, con un contenuto di triacilgliceroli, acidi grassi, mono e diacilgliceroli e altri lipidi che può raggiungere il 99 percento, la presenza di minerali sia essenziali come calcio e magnesio, sia non essenziali come le terre rare è molto bassa, sebbene i livelli di concentrazione varino e siano correlati alle pratiche di fertilizzazione degli alberi, al processo di molitura e allo stoccaggio. La maggior parte del contenuto di metalli è presente nella sansa e nelle acque reflue; nell’olio d’oliva, alcuni dei metalloidi più abbondanti sono alluminio, calcio e ferro, ma i loro livelli variano in modo significativo.

Studi precedenti riportano livelli medi di 10 nanogrammi per grammo di alluminio e 20-30 nanogrammi per grammo di calcio e ferro in oli commerciali dell’Italia centrale, ma livelli più elevati in oli commerciali del Sud Italia, fino a 60 nanogrammi per grammo per l’alluminio e oltre 100 nanogrammi per grammo per il ferro. È importante notare che, sebbene più elevati, questi valori rientrano ampiamente nei limiti massimi di residuo stabiliti dal Consiglio Oleicolo Internazionale per garantire sia la stabilità del prodotto finito sia la sicurezza del consumatore.

Materiali e metodi: una campagna di campionamento senza precedenti

Lo studio ha analizzato oli extravergini provenienti dalla raccolta 2024 di cinque regioni italiane: Lazio, Puglia, Sicilia, Toscana e Umbria. Sono stati raccolti complessivamente 117 campioni commerciali e 76 campioni prodotti in laboratorio, per un totale di 193 campioni. Le aziende agricole hanno fornito aliquote della raccolta di olive, almeno 3 chilogrammi, da utilizzare nella produzione di olio monovarietale in condizioni controllate. Le olive sono state spedite il giorno stesso della raccolta in cassette refrigerate e conservate a 4 gradi Celsius fino alla lavorazione.

Per produrre l’olio monovarietale, le drupe sono state sciacquate con acqua ultrapura per rimuovere sedimenti e polvere. I frutti sono stati quindi macinati meccanicamente per ottenere una pasta di olive, sottoposta ad agitazione meccanica per un’ora a temperatura ambiente per promuovere la coalescenza delle gocce d’olio. La pasta è stata poi trasferita in un telo di lino a maglia fine e pressata meccanicamente per estrarre l’olio. La miscela olio/acque reflue è stata raccolta in provette prive di metalli e la fase acquosa è stata separata dall’olio mediante centrifugazione. L’olio risultante è stato infine trasferito in flaconi di vetro ambra e conservato a temperatura ambiente fino all’analisi elementare.

Analisi del suolo: differenze regionali significative

L’analisi del suolo è stata eseguita mediante fluorescenza a raggi X portatile. Dei 29 elementi analizzati, solo 22 hanno riportato valori superiori al limite di rilevamento. L’analisi delle componenti principali ha rivelato che, nonostante non sia possibile differenziare completamente le regioni dell’Italia centrale e meridionale, sono presenti alcuni gruppi distinti. In particolare, le aziende agricole del Lazio e alcune della Sicilia sembrano mostrare livelli superiori alla media di micronutrienti e metalli pesanti come ferro, rame, ma anche titanio, vanadio e piombo.

È importante sottolineare che, nonostante i livelli statisticamente più elevati di piombo nei terreni di queste regioni, i valori rientrano ancora in quelli riscontrati nei terreni agricoli, con valori nell’intervallo di 50-300 milligrammi per chilogrammo considerati accettabili per i terreni agricoli dalla normativa europea.

Il profilo dei polifenoli: influenze biogene e abiogene

Le analisi spettrofotometriche hanno rivelato differenze statisticamente significative nel contenuto di composti polifenolici tra le diverse regioni. I valori misurati nei campioni provenienti dalla Puglia, 0,80 milligrammi equivalenti di acido gallico per grammo, sono risultati quasi doppi rispetto a quelli registrati in altre regioni, 0,45 milligrammi equivalenti di acido gallico per grammo. Sorprendentemente, negli oli provenienti dalla Sicilia, ancora nel Sud Italia, la concentrazione di polifenoli è risultata bassa, 0,37 milligrammi equivalenti di acido gallico per grammo, paragonabile ai valori riscontrati negli EVOO delle regioni centrali come Lazio e Umbria.

Questo fenomeno può essere spiegato da diversi fattori. Gli EVOO pugliesi sono prevalentemente prodotti con olive delle varietà Coratina, Peranzana e Leccino, mentre quelli siciliani provengono principalmente da Cerasuola, Tonda Iblea e Nocellara del Belice, quest’ultima caratterizzata da una concentrazione di composti polifenolici e attivi inferiore alla media. Inoltre, sebbene l’esposizione al sole e altri stress abiotici siano legati alla maggiore produzione di polifenoli e altri metaboliti vegetali, diversi studi hanno notato come queste differenze possano essere sopraffatte dalle differenze nelle vie metaboliche di specifiche cultivar. Anche la fertilità del suolo e non semplicemente lo stress idrico potrebbe influenzare i composti polifenolici.

Elementi in traccia: una correlazione debole ma significativa

Lo studio ha riscontrato livelli statisticamente più elevati di elementi negli oli prodotti in laboratorio rispetto a quelli commerciali, con valori medi di magnesio di 0,55 microgrammi per grammo negli oli di laboratorio contro 0,17 microgrammi per grammo in quelli commerciali. Questo sembra essere una conseguenza della presenza di un maggiore contenuto di acqua nell’olio prodotto in laboratorio e della presenza di un residuo che rende l’olio da laboratorio molto più simile a un EVOO grezzo non filtrato piuttosto che a uno filtrato.

La correlazione tra gli elementi presenti nel suolo e quelli riscontrati nell’olio prodotto in laboratorio dalle olive coltivate nello stesso terreno è risultata da bassa a trascurabile per la maggior parte degli elementi, sia considerando elementi essenziali per la pianta sia micronutrienti che si sono dimostrati utili per gli sforzi discriminatori. Tuttavia, alcuni elementi si sono rivelati utili nella discriminazione della provenienza dell’olio. Le terre rare sono state proposte come buoni marcatori per gli sforzi di zonizzazione e, effettivamente, differenze statisticamente significative nel contenuto di questi elementi nell’olio sono state riscontrate specialmente nell’olio disponibile in commercio.

L’approccio multivariato e la fusione dei dati

L’analisi delle componenti principali, nonostante non sia uno strumento di clustering ma piuttosto una tecnica di riduzione dei dati, rimane una delle tecniche più impiegate nella tracciabilità geografica degli alimenti in quanto può evidenziare gruppi presenti nel dataset e può anche essere utilizzata per evidenziare differenze varietali. Sia nel caso degli oli prodotti in laboratorio sia in quelli commerciali, è presente una mancanza di raggruppamenti chiari, sebbene si possano fare alcune considerazioni sulla base della distribuzione dei campioni. Per quanto riguarda la distribuzione degli oli provenienti dal Sud Italia, le differenze nel contenuto di metalli sembrano guidare una separazione tra Puglia e Sicilia sulla prima componente principale.

Per valutare il potere discriminante dei dataset utilizzati per caratterizzare i campioni di olio d’oliva, è stato applicato un approccio supervisionato al problema multivariato. L’analisi discriminante lineare con riduzione dimensionale tramite componenti principali è stata applicata ai singoli dataset, profili elementari e risultati degli assay spettrofotometrici, così come al dataset combinato, per valutare i potenziali benefici della fusione dei dati e dell’uso di molteplici tecniche analitiche nel migliorare le prestazioni del modello.

Data la vicinanza di alcune delle regioni considerate, è stata presa la decisione di ridurre il numero di classi da cinque a tre, includendo i campioni provenienti dall’Italia centrale in una singola classe. Sia l’uso dei dati ICP-MS che dei dati spettrofotometrici ha permesso di ottenere una discriminazione da moderata a buona delle tre classi sia in test che in cross-validazione, con un’accuratezza media di 0,89 e 0,81 in validazione test rispettivamente per il dataset ICP-MS e per quello degli assay spettrofotometrici, e 0,83 e 0,80 in cross-validazione.

La potenza della fusione dei dati

Risultati migliori sono stati ottenuti fondendo i due dataset utilizzando un approccio PCA-LDA. È stato riscontrato un aumento dell’accuratezza complessiva sia in test che in cross-validazione, rispettivamente 0,93 e 0,86, senza che nessuna delle classi mostrasse apparenti tendenze all’overfitting. Inoltre, il potere discriminante in cross-validazione del modello non sembra favorire la classe Sicilia come era il caso del modello che utilizzava solo i risultati degli assay spettrofotometrici.

Considerando i caricamenti sulle due variabili canoniche ottenute con l’LDA, solo pochi componenti contribuiscono significativamente al modello. Tra questi componenti, è stato ulteriormente riscontrato che solo circa la metà delle variabili iniziali sembra contribuire alle prestazioni complessive del modello, con alcuni elementi macro come calcio, magnesio, ferro ed elementi in traccia come stagno, zinco, vanadio e terre rare insieme alla capacità antiossidante ABTS, DPPH e al contenuto totale di flavonoidi che contribuiscono maggiormente.

È stato quindi sviluppato un modello discriminante utilizzando questo dataset ridotto a un totale di sole 10 variabili, meno della metà dell’originale, considerando la buona correlazione che le terre rare mostrano tra loro. I livelli di cerio nell’olio d’oliva sono stati quindi utilizzati come proxy del livello complessivo delle terre rare. Il modello lineare ha mostrato sensibilità, specificità e precisione rispettivamente di 0,91, 0,86 e 0,83 per la regione centrale in cross-validazione, valori che salgono a 0,86, 0,92 e 0,84 per la Puglia e raggiungono 0,79, 1,00 e 1,00 per la Sicilia.

Conclusioni e prospettive future

Nonostante le sfide poste dai livelli da bassi a ultra-traccia di elementi all’interno di una matrice complessa composta prevalentemente da acidi grassi estremamente lipofili, triacilgliceroli e composti organici di interesse nutraceutico, l’analisi elementare mediante ICP-MS ha ancora il potenziale per essere uno strumento eccellente per discriminare la provenienza geografica dell’olio d’oliva sia a scala regionale che subregionale.

La campagna di campionamento estensiva ha anche permesso di indagare la relazione tra lo stress abiotico direttamente legato alla provenienza geografica, composizione del suolo e potenziale stress dovuto alla mancanza di micronutrienti, ed estrapolare il contributo biotico, differenze varietali, dai fattori abiotici nella discriminazione dell’origine. Nonostante siano state proposte molteplici impronte cromatografiche per la zonizzazione geografica dell’olio d’oliva, queste sembrano correlare più pesantemente con le differenze nelle varietà locali utilizzate nella produzione piuttosto che con la posizione in cui si trovano i frutteti.

Questo studio, finanziato dall’Unione Europea nell’ambito del Piano Nazionale di Ripresa e Resilienza, rappresenta un passo significativo verso lo sviluppo di strumenti affidabili per l’autenticazione della provenienza dell’olio extravergine di oliva, soprattutto nei casi in cui le pratiche di produzione locali mascherano la correlazione diretta suolo-olio. I risultati evidenziano il potenziale di un approccio multi-tecnica come strumento affidabile per l’autenticazione della provenienza dell’olio d’oliva, aprendo la strada a future applicazioni nel settore della certificazione e della tutela delle denominazioni di origine.