Impiego delle Analisi isotopiche per la valutazione della genuinità ed

origine geografica dei vini

V. Dell’Oro –C. Tsolakis –A. CiambottiCREA

CRA-ENO Asti Via Micca 35 Italia

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EXPO Milano Workshop del 17 Settembre 2015

Centro di ricerca per l'enologia

2Centro di ricerca per l'enologia

METODI ISOTOPICI

• APPLICAZIONI in CAMPO: ALIMENTARE – FARMACEUTICO-COSMETICO RICERCA E CONTROLLI

- STRUMENTAZIONE: SPETTROMETRI DI RISONANZA MAGNETICA NUCLEARE, SPETTROMETRI di MASSA dei RAPPORTI ISOTOPICI

• ES: AROMI NATURALI -AROMI ARTIFICIALIORIGINE BOTANICA DEI SUCCHI DI FRUTTA, DEI FERMENTATI E DEIDISTILLATI, SALMONI DI ALLEVAMENTO DA SALMONI SELVAGGI

• E’ POSSIBILE DISTINGUERE MOLECOLE CHIMICAMENTE UGUALI MA ISOTOPICAMENTE DIVERSE, ORIGINATESI DA MATERIE PRIME DIFFERENTI O ATTRAVERSO PROCESSI SINTETICI DIVERSI.

3Centro di ricerca per l'enologia

APPLICAZIONI ENOLOGICHE

Rilevazione della tipologia dello zucchero utilizzato per l’ottenimento dei fermentati e quindi la valutazione della genuinità del prodotto in esame rispetto a:

• ZUCCHERAGGIO

• ANNACQUAMENTO

• ZUCCHERAGGIO ed ANNACQUAMENTO

Inoltre con le tecniche isotopiche si può anche stabilire l’Origine Geografica del prodotto che risulta particolarmente importante per i vini a DOP ed IGP

4Centro di ricerca per l'enologia

H1 D99.9844 % 0.0156 %

12C 13C 14C

98.9% 1.1 % radioattivo

16O 17O 18O99.757% 0.039% 0.204 %

DISTRIBUZIONE ISOTOPICA NATURALE

5Centro di ricerca per l'enologia

H2O e CO2

H -16O - H H -16O - D

PM 18 P.M. 19

H -16O - H H -17O - H H -18O - H

P.M. 18 PM 19 P.M. 20

ACQUA E ANIDRIDE CARBONICA

16O 12C 16O 16O 13C 16O 18O 12C 16O 17O 12C 16O

P.M. 44 P.M. 45 PM 46 PM 45

6Centro di ricerca per l'enologia

FRAZIONAMENTO ISOTOPICO

Successivamente le molecole di H2O e CO2 subiscono il cosiddetto

frazionamento isotopico, che può venire riassunto in 3 fasi:

Frazionamento atmosferico,

Frazionamento fisiologico,

Frazionamento biochimico.

7Centro di ricerca per l'enologia

FRAZIONAMENTO ATMOSFERICO

LE MOLECOLE PIU’ LEGGERE EVAPORANO PIU’ FACILMENTE ARRICCHIMENTO DEL LIQUIDO NEGLI ISOTOPI PIU’ PESANTI

EVAPORAZIONE ACQUA

19 2018

VAPORE

LIQUIDO

- Latitudine

- Temperatura

- Climatologia

- Piovosità

8Centro di ricerca per l'enologia

FRAZIONAMENTO FISIOLOGICO

Traspirazione fogliare

- Ampiezza fogliare

- Stomi

- Esposizione solare

- Climatologia

ARRICCHIMENTO in D e 18O

9Centro di ricerca per l'enologia

FRAZIONAMENTO BIOCHIMICO

Fotosintesi - Ciclo C3 e C4

H - O - H 12CO2

H - O - D 13CO2

ZUCCHERI

- CICLO C3 vite e barbabietola

- CICLO C4 canna- mais

Le piante a ciclo C4 grazie alla loro maggior efficienza fotosintetica, si arricchiscono in 13C

10Centro di ricerca per l'enologia

FERMENTAZIONE ALCOLICAglu + 2 Pi + 2 ADP + 2 H+ 2 etanolo + 2 CO2 + 2ATP+ 2 H2O

- LA MOLECOLA DI ETANOLO CHE SI FORMA HA LE STESSE CARATTERISTICHE ISOTOPICHE DELLA MOLECOLA DI GLUCOSIO

ATMOSFERA

ASSORBIMENTO –TRASPIRAZIONE

FOTOSINTESI

ZUCCHERI

FERMENTAZIONE

ALCOL

11Centro di ricerca per l'enologia

DISTRIBUZIONE ISOTOPICA DELL’ETANOLO

CH3

CH2 - OH

CH2 D

CH2 - OH

CH3

CHD - OH

CH3

CH2 - OD

SITO I SITO II

12CH3

CH2 - OH

13CH3

CH2 - OH

12Centro di ricerca per l'enologia

RAPPORTI ISOTOPICI

• Il Rapporto Isotopico (D/H)I che è caratteristico della specie vegetale che ha sintetizzato lo zucchero, da cui l’alcol ha avuto origine, ed in misura minore alla geografia del luogo ( natura dell’acqua usata per la fotosintesi).

• Il Rapporto Isotopico 13C/12C che rappresenta la variazione ‰ rispetto ad una sostanza di riferimento definita da organismi internazionali quali l’Agenzia Internazionale per l’Energia Atomica (IAIE) di Vienna(PDB).

•- Il Rapporto Isotopico 18O/16O che rappresenta la variazione ‰ rispetto ad un riferimento convenzionale del contenuto dell’acqua dell’Oceano (V-SMOW Vienna Standard Mean Ocean Water).

13Centro di ricerca per l'enologia

UNITA’ DI MISURA DEI RAPPORTI ISOTOPICI

RAPPORTO ISOTOPICO DEUTERIO IDROGENO (D/H)I (ppm) = Ni/NPi

Ni= numero molecole monodeuterate di tipo iN= numero molecole protonate

Pi= popolazione del sito i

- δ 13C ‰ = 13C / 12C campione/ - 13C / 12C riferimento - 1

riferimento= STANDARD INTERNAZIONALE V-PDB (Vienna Pee Dee Belemnite)

- RAPPORTO ISOTOPICO 18O /16O = VARIAZIONE ‰ RISPETTO AD UN RIFERIMENTO CONVENZIONALE DEL CONTENUTO DELL’ACQUA DELL’OCEANO (V-SMOW Vienna Standard Mean Ocean Water)

14Centro di ricerca per l'enologia

VALUTAZIONE DELLA GENUINITA’

ALCOL (D/H)I

CANNA- MAIS 110 ppmVINO 100 ppm circaBIETOLA 92 ppmVINO-BIETOLA -27CANNA-MAIS -12 δ13 C ‰ V-PDB

VINO

BARBABIETOLA

CANNA-MAIS

BARBABIETOLACANNA o MAIS

(D/H)I δ13 C ‰ V-PDB

15Centro di ricerca per l'enologia

VALUTAZIONE DELLA GENUINITÀ DI UN VINO

ANNACQUAMENTO

• Il Rapporto isotopico 18O/16O permette di controllare l’aggiunta di acqua al vino.

• Valori del rapporto isotopico dipendono dalla latitudine. Al nord Italia si possono avere anche valori negativi, mentre al sud si riscontrano molto spesso valori positivi.

• L’aggiunta di acqua al vino fa abbassare il valore del rapporto isotopico originale.

16Centro di ricerca per l'enologia

BANCA DATI

• Per valutare la genuinità dei vini sin dal 1987, il MIPAAF ha attuato una banca dati sucampioni sicuramente genuini e provenienti da tutta Italia.

• Ogni anno vengono raccolti nelle zone di produzione circa 400 campioni diuva, vengono vinificati in laboratorio, analizzati e sottoposti alle analisi isotopiche.

• Attualmente la CE ha emanato il Reg. CE 555/2008 “recante modalità di applicazionedel regolamento (CE) n. 479/2008“ il quale prevede per tutti gli stati membri l’attuazione della Banca Dati, relativa ai parametri isotopici.

• Secondo il regolamento gli stati membri devono farsi carico della raccolta delleuve, della loro vinificazione e dell’esecuzione delle analisi isotopiche da parte dilaboratori ufficiali e dell’invio dei risultati al centro competente.

• Il Centro Comune di Ricerca CCR di Ispra (Va) gestisce la banca dati comunitaria per ilsettore vinicolo.

17Centro di ricerca per l'enologia

UVA

VINO ANALISI I.R.M.S.OSSIGENO

DISTILLATI

ANALISI R.M.N.DEUTERIO

ANALISI I.R.M.S.CARBONIO

BANCA DATI NAZIONALE E

COMUNITARIA

BANCA DATI ANNUALEMinistero delle Politiche Agricole Alimentari e Forestali Ispettorato Centrale Repressione Frodi

18Centro di ricerca per l'enologia

METODI DI ANALISI

• “Rivelazione dell’aumento del titolo alcolometrico volumico naturale dei mosti diuve, nei mosti di uve concentrati e nei mosti di uve concentrati rettificati e deivini, mediante la Risonanza Magnetica Nucleare del Deuterio”

• “Determinazione del rapporto 13C/12C relativo all’alcol di fermentazione imosti, MC, MCR e da vini tramite Spettrometro di Massa per la determinazioone deiRapporti di Isotopi stabili (-IRMS) “

• “Determinazione del rapporto isotopico 18O/16O dell’acqua contenuta nei vini “

• Elencati dall’OIV nel volume “Recueil des methodes internationales d’analyse des vinset des mouts”

19Centro di ricerca per l'enologia

ALCUNI ESEMPI DI VALORI ISOTOPICI APPARTENENTI ALLA BANCA DATI NAZIONALE

99

100

101

102

103

104

Nord Centro Sud

Rapporto Isotopico (D/H)

-27

-26

-25

-24Nord Centro Sud

Rapporto Isotopico (13C/12 C)

1

2

3

4

5

6

Nord Centro Sud

Rapporto Isotopico (18O/16O)

20Centro di ricerca per l'enologia

- (D/H)I in ppm

- 13C/12C δ ‰ vs PDB

- 18O/16O δ ‰ vs SMOW

102,93-24,935,14

103,92-25,395,43

103,22-26,616,67

102,40-26,373,34

101,18-26,891,72

101,74-25,811,43

103,09-25,774,80

101,01-26,042,02

100,19-26,501,12

101,52-26,422,61

102,69-26,125,30

99,96-26,520,72

103,47-24,876,75

103,27-25,516,34

104,21-25,327,54

100,88-26,960,52

101,74-25,914,15

101,78-26,793,65

101,81-26,061,00

VALORI DEI RAPPORTI ISOTOPICI IN ITALIA ( ANNO 1994)

21Centro di ricerca per l'enologia

SPETTROMETRO DI RISONANZA MAGNETICA NUCLEARE

22Centro di ricerca per l'enologia

SPETTROMETRO DI MASSA DEI RAPPORTI ISOTOPICI (IRMS)

23Centro di ricerca per l'enologia

L’identificazione dei metabolitipresenti nel vino avvienetramite spettroscopia dirisonanza magnetica nucleareal protone (1H-NMR).

H2O + EtOH (-OH)

EtOH (-CH2-)EtOH (-CH3)

Presaturazionedelle 8 linee

I segnali principali dello spettro 1HNMR sono dovuti all’acqua edall’etanolo. Per poter osservare gli altricomponenti è necessario abbattere talisegnali con un adeguata tecnica dipresaturazione.Il metodo non richiede pretrattamentodel campione.Tramite analisi statistica dei datispettrali si possono ottenereinformazioni sul prodotto.

DIPARTIMENTO DI SCIENZE E INNOVAZIONE TECNOLOGICA

H2Oresidua

EtOH13C sat.

Acidolattico

Acidoacetico

Acidosuccino

MeOH

Glicerolo

Acidotartarico

IDENTIFICAZIONE DI METABOLITI DEL VINO TRAMITE SPETTROSCOPIA 1H-NMR

24Centro di ricerca per l'enologia

VENDEMMIA 2013

VENDEMMIA 2012

PC 1

PC 2

Barbera 1

Barbera 3

Barbera 2

Analisi di campioni di vino Barbera proveniente da tre diversi produttori piemontesi e didue differenti annate di produzione. L’analisi statistica PCA permette di separare i campionisia in base alla loro provenienza (PC 1) sia in base all’annata di produzione (PC 2).

DIPARTIMENTO DI SCIENZE E INNOVAZIONE TECNOLOGICA

25Centro di ricerca per l'enologia

GRAZIE PER LA VOSTRA ATTENZIONE !!!