Istituto di scienze delle produzioni alimentari (ISPA)

Attività di ricerca

L'ISPA svolge attività di ricerca, di valorizzazione e trasferimento tecnologico e di formazione per la produzione di alimenti con migliorate caratteristiche organolettiche e nutrizionali, lo sviluppo di processi innovativi per l'ottenimento di prodotti primari e secondari di interesse agro-alimentare, l'identificazione dei fattori di rischio per la sicurezza alimentare e ottenimento di prodotti più sicuri mediante il monitoraggio per l'eliminazione dei componenti potenzialmente tossici. Le attività sono raggruppate per macroaree e suddivise in linee di ricerca, anche in relazione alla sede o all'UOS (Unità Operativa di Supporto) territoriale.

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SICUREZZA ALIMENTARE
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METODI INNOVATIVI PER LA CARATTERIZZAZIONE DEGLI ALIMENTI E IL CONTROLLO DI MICOTOSSINE, FUNGHI TOSSIGENI ED ALLERGENI

Sede di Bari
Micologia agroalimentare, genetica dei funghi e collezione micologica
La capacità di alcuni funghi micromiceti parassiti delle piante e di alcuni agenti di ammuffimento delle derrate agrarie di produrre metaboliti tossici ha una ricaduta considerevole sulla qualità e salubrità dei prodotti delle filiere agro-alimentari. Le ricerche dell'ISPA in questa area sono concentrate, in particolare, sia sui funghi tossigeni dei generi Fusarium e Alternaria, la cui attività micotossica è più temuta in pre-raccolta, sia su quelli dei generi Aspergillus e Penicillium che invece sollevano preoccupazioni di natura micotossicologica per i prodotti in post-raccolta e per le diverse fasi delle preparazioni alimentari. Di particolare interesse sono le ricerche volte a chiarire i diversi aspetti eziologici, epidemiologici, ecofisiologici e tossigenici dei funghi colonizzatori delle derrate alimentari dell'Italia meridionale (filiere cerealicola, viti-vinicola e ortofrutticola). Anche gli aspetti della identificazione, conservazione e uso sostenibile delle risorse micologiche, intese come espressione di biodiversità, ha assunto una particolare rilevanza con la nascita dell'ingegneria genetica. A tal riguardo, le ricerche riguardano: l'isolamento, la collezione e lo studio della biodiversità dei funghi di interesse fitopatologico, micotossicologico e agroalimentare; le osservazioni sulle modalità di riproduzione dei funghi e di segregazione dei caratteri; la caratterizazione chimica e biologica dei metaboliti bioattivi; lo studio dei meccanismi molecolari alla base della produzione delle principali micotossine mediante analisi di genomica funzionale. Più in particolare, per far fronte alle nuove esigenze che richiedono metodi di identificazione sempre più attendibili, più rapidi e oggettivi, presso l'ISPA vengono sviluppati innovativi metodi diagnostici molecolari per il monitoraggio della contaminazione da funghi tossigeni nei prodotti agro-alimentari. Per la conservazione della biodiversità delle popolazioni fungine, le attività condotte presso l'ISPA prevedono l'incremento dell'attuale collezione di circa 8.000 esemplari e l'aggiornamento del relativo catalogo consultabile via internet.

Micotossine, metodi di analisi e sicurezza alimentare
La contaminazione degli alimenti da micotossine appare sempre più un fenomeno inevitabile, essendo essa influenzata da molteplici fattori sia di tipo ambientale che agronomico che sono difficilmente controllabili. La pericolosità di questi contaminanti naturali per la salute umana e animale è ormai riconosciuta dalla comunità scientifica internazionale in seguito all'accertata tossicità acuta e/o cronica di queste sostanze, infatti un numero crescente di micotossine è sottoposto a legislazione sempre più restrittiva soprattutto nei Paesi dell'Unione Europea. A tal riguardo, le ricerche dell'ISPA riguardano lo sviluppo e la validazione di metodi innovativi per l'analisi di micotossine (aflatossine, fumonisine, ocratossina A, tricoteceni, patulina, etc.) nelle diverse derrate e prodotti alimentari a rischio contaminazione. Recentemente due nuovi metodi sviluppati dall'ISPA sono stati adottati come metodi ufficiali da organizzazioni internazionali quali l'AOAC International, il Comitato Europeo di Normazione e l'Organizzazione Internazionale della Vite e del Vino e vengono utilizzati in numerosi laboratori di controllo.
Per la valutazione dell'impatto delle micotossine sulla salute umana ed animale si conducono ricerche sui biomarker di esposizione a queste sostanze e sulla loro possibile degradazione dovuta ai processi di trasformazione delle derrate in prodotti finiti.
Di particolare interesse sono le osservazioni condotte sull'efficacia di alcuni materiali adsorbenti nel diminuire la biodisponibilità delle micotossine, condotte anche mediante un modello computerizzato per simulare l'apparato gastroenterico di animali monogastrici.
Le ricerche dell'ISPA riguardano anche la produzione, l'isolamento, l'identificazione e la caratterizzazione chimica e biologica di nuovi metaboliti secondari prodotti dai funghi dei generi Fusarium e Alternaria.
Vengono inoltre condotte ricerche sullo sviluppo di saggi idonei a stimare la tossicità delle micotossine e a chiarire eventuali correlazioni tra struttura chimica e tossicità delle stesse. Di particolare utilità per valutare l'attività citotossica e immunosoppressiva sono risultati i saggi in vitro che impiegano linee cellulari linfoidi e linfociti umani e bovini stimolati con mitogeni.

Bioprodotti microbici per un'agricoltura a basso impatto ambientale
Negli ultimi anni si è assistito ad una crescita della sensibilità dei consumatori nei confronti dei potenziali rischi ambientali e sanitari legati all'uso eccessivo ed indiscriminato di pesticidi, diserbanti e anticrittogamici. Le crescenti preoccupazioni per la presenza di residui tossici nella catena alimentare e i problemi legati al ritiro dal mercato di alcuni fitofarmaci di largo impiego ritenuti pericolosi, nonché la progressiva perdita di efficacia di altri in seguito allo sviluppo di fenomeni di resistenza nell'ambito delle popolazioni degli agenti fitopatogeni hanno stimolato la ricerca di alternative "biologiche" ai fitofarmaci di sintesi. Le ricerche condotte presso l'ISPA riguardano il possibile impiego di microrganismi (funghi, lieviti e batteri) nella lotta biologica contro le malattie e i danneggiamenti delle piante e delle derrate agrarie causati da funghi, batteri, insetti, erbe infestanti, in sistemi di produzione biologica o integrata. Le ricerche riguardano anche i meccanismi biochimici e molecolari messi in atto dai microrganismi potenzialmente utili come biofitofarmaci, biofertilizzanti e biofitoregolatori, al fine di isolare e caratterizzare i metaboliti attivi, gli enzimi e i geni responsabili della loro azione benefica. Vengono inoltre condotti studi di valutazione del rischio (produzione di tossine, persistenza, effetti su organismi non-target) nel rilascio nell'ambiente di funghi e batteri utili come biofitofarmaci e biofertilizzanti. Altre ricerche riguardano anche lo sviluppo di formulati e di protocolli di impiego in campo e in magazzino per produzioni di particolare rilievo territoriale (cereali, colture orticole, fragola, agrumi, vite, olivo), anche in combinazione con nuove tecniche agronomiche a basso impatto ambientale, quali le colture fuori suolo.

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QUALITÀ DEGLI ALIMENTI
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MICROBIOLOGIA E QUALITÀ DELLE PRODUZIONI ALIMENTARI

Sede di Bari
La crescente domanda del consumatore di alimenti di alta qualità indirizza la ricerca verso studi finalizzati alla produzione di alimenti sani, di qualità e con caratteristiche organolettiche tipiche delle lavorazioni tradizionali o con nuove proprietà funzionali. Questa esigenza è condivisa anche dagli imprenditori che necessitano di supporto di ricerca per azioni di innovazione finalizzate al miglioramento della qualità e della sicurezza del processo produttivo e del prodotto finale. Il gruppo di ricerca offre tale supporto utilizzando competenze riguardanti la microbiologia, la biochimica, la biologia molecolare, la tecnologia e la purificazione di biomolecole per lo studio delle popolazioni microbiche e il miglioramento dei prodotti.

Miglioramento della qualità, sicurezza e conservabilità dei prodotti
Le popolazioni microbiche associate alle produzioni di alimenti - inclusi quelli tradizionali a vocazione territoriale - rappresentano un bacino di ceppi microbici, in particolare di batteri lattici e lieviti, dalle inesplorate potenzialità tecnologiche. Attraverso lo studio del microbiota associato agli alimenti delle diverse filiere alimentari (prodotti da forno, vegetali, lattiero - caseari, carnei e ittici) sono selezionati ceppi microbici con rilevanti caratteristiche tecnologiche. Lo studio delle performance di questi microrganismi negli alimenti e dei metaboliti con attività antimicrobica (acidi organici, peptidi ecc.) da essi prodotti, consente una efficace applicazione nei processi determinando il controllo delle microflore alterative e patogene, migliorando la shelf-life e salvaguardando le qualità nutrizionali e organolettiche dei prodotti.

Microrganismi probiotici per alimenti funzionali
La selezione e l'utilizzo di microrganismi selezionati per rilevanti caratteristiche funzionali consente la formulazione e produzione di alimenti innovativi. Ceppi batterici sono selezionati per le caratteristiche probiotiche in grado di conferire all'alimento caratteristiche funzionali di particolare significato per il mantenimento e miglioramento dello stato di salute. La rete di collaborazioni realizzate con le imprese e con istituzioni di ricerca medica presenti sul territorio consente al gruppo di ricerca lo sviluppo di trials nutrizionali per l'accertamento dell'efficacia funzionale dei prodotti sviluppati/migliorati.

UOS Milano

L'attività di ricerca è rivolta alla produzioni alimentari con particolare riferimento al comparto lattiero-caseario ed è finalizzata alla realizzazione di alimenti con migliorate caratteristiche igienico-sanitarie, nutrizionali, funzionali e sensoriali.
Sono inoltre svolti studi sulle componenti che definiscono tipicità, provenienza geografica e qualità dei prodotti, le popolazioni microbiche e il ruolo dei microrganismi nei processi di trasformazione per quanto attiene a specifiche attività protecnologiche, di sicurezza e funzionali.


BIOTECNOLOGIE PER LA QUALITÀ E SICUREZZA DEGLI ALIMENTI

UOS Lecce
UOS Lecce
Vie metaboliche della cellula vegetale e qualità dei prodotti
L'attività di ricerca riguarda la caratterizzazione delle vie metaboliche coinvolte nella biosintesi di metaboliti primari e secondari delle piante importanti nel determinare le caratteristiche organolettiche e nutrizionali dei prodotti. In particolare l'attenzione è rivolta alla caratterizzazione molecolare e biochimica di geni ed enzimi del metabolismo lipidico e dei fenilpropanoidi. Inoltre sono in corso ricerche per modificare vie metaboliche coinvolte nella biosintesi di metaboliti secondari con proprietà salutistiche (polifenoli).

Produzione biotecnologica di composti bioattivi
E' noto che numerosi metaboliti secondari prodotti dalle piante introdotti con la dieta possono contribuire alla prevenzione di importanti patologie. L'acquisizione di conoscenze sulle vie biosintetiche di tali metaboliti costituisce la premessa per indurne la produzione in colture cellulari utilizzate come biofabbriche. Le ricerche su tale aspetto sono concentrate sullo sviluppo di sistemi per la produzione da colture di cellule e/o tessuti di tocoferoli antocianine, resveratrolo e/o altre molecole di interesse farmacologico (artemisinina). Vengono inoltre condotte ricerche relative all'uso di nuovi sistemi di delivery dei composti bioattivi e allo studio dell'attività biologica mediante saggi in vitro su colture di cellule animali.


Biotecnologie microbiche per il miglioramento delle produzioni vinicole e olivicole (olive da tavola)
L'attività di ricerca è finalizzata alla caratterizzazione biotecnologica di batteri lattici e lieviti associati ai principali vitigni ed areali di produzione regionali. Tale attività prevede l'identificazione e la caratterizzazione della microflora e, in particolare di ceppi d'interesse industriale, mediante l'applicazione di marcatori molecolari, analisi delle caratteristiche fenotipiche e genotipiche, studio delle proprietà fisiologiche e tecnologiche. Tale studio è inoltre finalizzato alla preparazione di ceppi starter autoctoni che permettono di esprimere al meglio il potenziale della materia prima (uva e olive) assicurando contemporaneamente il corretto svolgimento dei processi fermentativi. Vengono inoltre condotte attività di ricerca per la produzione, in sistemi eterologhi (batteri/lieviti), di laccasi, tirosinasi e carbossipeptidasi ricombinanti di origine fungina, per possibili applicazioni in campo enologico ed ambientale.


QUALITÀ DELLE FILIERE ALIMENTARI TIPICHE DEL NORD ITALIA MEDIANTE PIATTAFORME TECNOLOGICHE INTEGRATE

UOS Torino
Qualità e salubrità dei prodotti animali e dei loro derivati
Le ricerche riguardano la produzione di alimenti di origine zootecnica arricchiti di ingredienti benefici per la salute umana. In particolare, vengono poste in atto strategie alimentari per incrementare il contenuto di acidi grassi polinsaturi della serie omega-3 sia negli animali in produzioone zootecnicha che nei pesci di allevamento, alimentati con diete a base di prodotti vegetali. Tali osservazioni partono dalla considerazione che nel pesce gli acidi polinsaturi sono presenti in rapporto bilanciato prevalentemente nella frazione fosfolipidica e sono localizzati nelle membrane strutturali dei tessuti in associazione con antiossidanti naturali, mentre nella maggior parte delle preparazioni farmacologiche sono presenti in concentrazioni assai elevate in forma di trigliceridi. Per tal motivo diventa importante assumere gli omega-3 attraverso l'alimentazione e indirizzare quindi le ricerche sulla dieta alimentare in tal senso. Lo sviluppo dei prodotti biologici ha fatto avviare ricerche sull'uso di antiossidanti naturali in alternativa a quelli di sintesi.

Proteomica strutturale e allergie alimentari
Un importante obiettivo della ricerca condotta presso l'ISPA è l'individuazione e la caratterizzazione molecolare dei principali allergeni contenuti nei vari alimenti. Le ricerche sono concentrate soprattutto sul miglioramento dei metodi diagnostici utilizzando allergeni puri, quindi nel valutare l'allergenicità residua in alimenti sottoposti a trattamenti tecnologici e, infine, nell'individuazione degli allergeni nascosti. Le ricerche hanno lo scopo di realizzare le basi scientifiche per la produzione di alimenti ipo-allergenici. Per quanto riguarda le allergie dei lattanti, le ricerche condotte presso l'ISPA mirano ad identificare la struttura dei veri allergeni del latte bovino e a perfezionare metodi analitici che possano individuare allergeni del latte nascosti in altri alimenti. Le ricerche stanno inoltre riguardando la caratterizzazione del latte d'asina e il suo impiego quale alimento/ingrediente alimentare innovativo destinato a neonati a termine e pretermine.

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SOSTENIBILITÀ AGROALIMENTARE
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SISTEMI PRODUTTIVI SOSTENIBILI E QUALITÀ DEI PRODOTTI VEGETALI

Sede di Bari
Le attività di ricerca della commessa sono riferite al comparto orto-frutticolo con particolare riferimento alle tecniche agronomiche ed alle tecnologie di post raccolta. Particolare attenzione è rivolta alla produzione ecosostenibile (in pien'aria e in coltura protetta) di specie ortofrutticole importanti per il territorio.
Rilevanti attività sono condotte con l'obiettivo di definire/valutare:
o gli effetti del sistema produttivo sulla qualità totale della produzione orticola (qualità del processo e qualità del prodotto);
o protocolli di estrazione e caratterizzazione di composti naturali ad attività biologica da piante eduli, di potenziale interesse bio-medico e agro-industriale;
o la biofortificazione di ortaggi con tecniche di coltivazione idroponiche;
o la bioaccessibilità e la potenziale biodisponibilità, di composti biologicamente attivi mediante sistemi in vitro;
o il reimpiego in agricoltura di matrici di scarto;
o la valorizzazione della biodiversità orticola e della flora spontanea;
o l'impiego di microrganismi fitopatogeni, metaboliti bioattivi e sistemi a basso impatto per la gestione sostenibile delle specie vegetali infestanti, parassite ed invasive;
La valorizzazione delle produzioni ortofrutticole e le problematiche di post-raccolta sono affrontate considerando le innovazioni introdotte nella tecnica agronomica (es. coltivazione senza suolo, innesto erbaceo, sensori per l'automazione e la gestione dell'irrigazione) e le tecnologie innovative nel settore della conservazione, packaging e logistica, con l'obiettivo finale di preservare la qualità e la sicurezza dei prodotti freschi, di IV e V gamma.
Parte delle ricerche sono condotte presso l'Azienda Sperimentale e "La Noria" http://noria.ba.cnr.it.

TECNOLOGIE SOSTENIBILI PER LA TRASFORMAZIONE, CONSERVAZIONE ED IL CONFEZIONAMENTO DEI PRODOTTI ORTOFRUTTICOLI

UOS Sassari
L'attività di ricerca dell'Istituto di Sassari è finalizzata al miglioramento e/o sviluppo di nuove tecnologie postraccolta per il mantenimento della qualità di prodotti ortofrutticoli freschi o di IV gamma (minimamente trasformati) dell'area Mediterranea. L'impatto dei trattamenti postraccolta e le condizioni di conservazione sono valutate in termini di qualità che comporta il monitoraggio delle caratteristiche organolettiche e fisiche, lo studio del comportamento fisiologico, le risposte ai patogeni e la sicurezza alimentare dei prodotti ortofrutticoli.
Ricerche in atto per migliorare e/o sviluppare:
o Tecnologie integrate per controllare i marciumi postraccolta con trattamenti termici, illuminazioni ultraviolette, controllo biologico, pre-refrigerazione (idrocooling, air-foreced cooling, icing), e/o trattamenti chimici con: sostanze GRAS (generally regarded as safe secondo l' USFDA), nuovi fungicidi a largo spettro d'azione e basso rischio (strobilurine, anilinopirimidine e phenilphyrrole), formulati a rilascio controllato, e/o prodotti chimici in grado di migliorare l'attività dei principi attivi. L'efficienza dei fungicidi è studiata in funzione del residuo attivo nei prodotti freschi, della temperature e durata dei trattamenti e sulla base dei cambiamenti strutturali delle cere epicuticulari dei frutti attraverso studi di microscopia elettronica (SEM)
o Analisi stumentali non distruttive (NMR imaging) dei prodotti ortofrutticoli freschi allo scopo di stabilire il ruolo e le interazioni tra l'integrità cellulare, la mobilità dell'acqua (acqua legata/ libera), e le alterazioni strutturali e sensoriali connesse all'imbrunimento interno dei frutti
o Tecnologie di imballaggio per estendere la shelf-life e la sicurezza alimentare dei prodotti di IV gamma
o Metodi strumentali basati sulle interazioni tra le caratteristiche fisiche e sensoriali dei prodotti ortofrutticoli freschi finalizzati a determinare i cambiamenti qualitativi durante la conservazione
o Tecnologie postraccolta quali la termoterapia (trattamenti con aria o acqua calda) per aumentare la tolleranza delle arance pigmentate al danno da freddo indotto dai trattamenti di quarantena a bassa temperatura durante la disinfestazione dei frutti dalla mosca mediterranea (Ceratitis capitata) e per il controllo dei marciumi nelle successive fasi di commercializzazione
o Stress abiotici in postraccolta (come la termoterapia, trattamenti con luce UV-C o con ossigeno superatmosferico) per aumentare il contenuto di composti nutraceutici nei prodotti ortofrutticoli freschi.