2015.11.05 – “Lo studio dei profumi, degli aromi e delle molecole volatili. Un ambizioso progetto che dura da anni nei Laboratori di Chimica del Montani” di Teresa Cecchi

Pubblicato il 05 novembre 2015 da admin

Teresa Cecchi

Teresa Cecchi

Proviamo ad entrare in un bosco pennellato di autunno, in buona compagnia. Passeggiamo su emozioni recondite che, come musica, accompagnano la danza, o forse il turbine, delle foglie secche; respiriamo!

Quel profumo, l’inconfondibile profumo di quell’aria umida e carica di gioia sarà sempre con noi. Tuttavia fino a ieri pensavamo che quel profumo non avremmo mai potuto portarcelo via, non vi era un modo per descriverlo né tantomeno per conservarlo nel cassetto dove teniamo i ricordi più belli….ed invece no! La chimica, l’arte e la scienza chimica ci sorridono complici e…ce lo permetteranno!

Ma come si fa? Ma di che parliamo?

Di una fibra, sottile come un capello setoso, delicatissima, ricoperta di silicone, capace di legare alla sua superficie ogni molecola che si libra nell’aere, cioè, come, dicono i chimici, di adsorbirla. Alla fibra succede quello che capita ai nostri capelli quando si trovano in un ambiente pieno di fumo o quando, sensazione migliore, si accostano ad un viso profumato….

Il gioco è fatto: la fibra, carica delle molecole prima disperse in un qualunque ambiente, posso trasportarla altrove! Posso riporla nel cassetto dei ricordi più ameni, oppure posso farla approdare ad un laboratorio di chimica ben equipaggiato, per inserirla in un vaporizzatore. Nella camera di vaporizzazione a 300°C la fibra rilascerà le molecole precedentemente adsorbite! Il meccanismo è semplice, essa è come un asciugamano zuppo che si asciuga velocemente al solleone!

E ora cosa faccio delle mie molecole che prima erano nel bosco ed ora sono allo stato di vapore nel vaporizzatore? Le voglio quantizzare e le voglio riconoscere, voglio sapere chi sono quelle sostanze che inebriano i sensi e che stampano nella memoria la mia passeggiata nel bosco pennellato di autunno…ma le molecole responsabili di una singola percezione olfattiva sono tutte insieme, sono tantissime e diversissime…Che confusione!

Come fare? Con le molecole posso fare come con le persone! Propongo una gara! Il motto della cromatografia, cioè della tecnica che permetterà la separazione molecolare, è così: “dimmi come corri e ti dirò chi sei!”. Al photofinish i maratoneti generalmente non arrivano insieme e nemmeno le molecole lo fanno! Ecco, le posso separare così! Ma le molecole non hanno gambe per correre….dunque debbo spingerle con una fase mobile, una sorta di corrente che le possa trascinare….ma se le spingo tutte allo stesso modo come fanno a separarsi? Semplice, debbo offrire loro l’alternativa, una fase stazionaria fatta di poltrone su cui possano sprofondare per un po’ prima di riprendere la loro corsa!

E sia! le mie tante sostanze diverse, responsabili del profumo del bosco pennellato d’autunno, tutte mischiate e vaporizzate insieme sono ai blocchi di partenza e possono scegliere, durante la loro corsa, di fermarsi sulla fase stazionaria o di entrare nella corrente della fase mobile e quindi correre….Come noi persone, alcune sostanze sono più pelandrone e passeranno più tempo sulle poltrone offerte dalla fase stazionaria, quindi arriveranno alla fine della loro strada più tardi; altre, le più vispe, preferiranno la fase mobile e quindi giungeranno al traguardo per prime. Prime o ultime o intermedie non importa. Al chimico analitico interessa che si siano separate! E qui comincia il bello perché ora le deve riconoscere! Quindi, dopo il lungo percorso, invece di premiarle, spara contro di loro uno stimolo (luce, elettroni e altro ancora) in modo che esse reagiscano. Lo si sa, da come uno reagisce si può capire come è fatto e anche chi è! E proprio così, vedendo come reagiscono, con pazienza, il chimico analitico conferma la loro identità; un indizio -ricorderete- lo aveva avuto dal tempo che quella sostanza ci aveva messo per percorrere la strada. Ma il chimico analitico non si accontenta…può capitare che due maratoneti completamente diversi arrivino insieme al traguardo se il percorso magari non è stato lungo abbastanza, o per altri motivi; ma con le molecole ciò non deve accadere, non vorremmo mai sbagliare l’identità della sostanza che ci fa ricordare quella meravigliosa passeggiata, quindi -come detto- la pungoliamo e vediamo come risponde!

Ma se ogni componente del profumo del bosco si separa e, se si è bravi nonché fortunati, si può anche riconoscere, come facciamo a quantificarlo?

Ora, una sostanza pura, dovete sapere, è fatta da molecole tutte uguali, veri cloni molecolari che si comportano tutti nello stesso modo (Proust, più di due secoli fa, diceva che le sostanze pure erano miscele a cui Dio aveva permesso di avere una composizione fissa e costante!) quindi per quantificare ogni singolo componente del profumo basta vedere l’intensità della risposta allo stimolo che al photofinish abbiamo ad esso rivolto! Più molecole sono e più rispondono, giusto?

E il gioco è fatto!

Una fra le linee di ricerca percorse negli ultimi anni nei laboratori di Chimica del Montani ha proprio riguardato la messa a punto di questo metodo (sopra descritto in termini metaforici benché rigorosi), per catturare le molecole responsabili della percezione olfattiva, trasportarle in luogo adatto e poi analizzarle, cioè riconoscerle qualitativamente e quantitativamente. Punto di forza della “tecnologia abilitante” sviluppata è il fatto che sia ad impatto ambientale zero, poco costosa, semplice e robusta.

La procedura messa a punto si è rivelata estremamente versatile ed ha permesso di lavorare su più fronti.

Il campo alimentare è sicuramente quello più promettente perché la tecnica permette di costruire un’impronta digitale molecolare unica ed inimitabile dell’aroma di ogni alimento il che può essere utile nell’azione di contrasto delle frodi alimentari e contraffazioni che tanto danno arrecano alla filiera agroalimentare di qualità.

Oggetto di tale attività di ricerca sono state le pubblicazioni scientifiche (1-2) sotto riportate in bibliografia ma anche la presentazione dei risultati da parte di alcuni allievi presso EXPO il 14 Luglio 2015

Palazzo Italia, Vivaio Scuole: La carta di identità chimica del salame DOP come strumento di autenticità alimentare.

Spazio Slow Food. Impronta digitale molecolare e carta d’identità chimica del Presidio Slow Food Mela Rosa dei Sibillini: garantiamo la biodiversità!

Nella Giornata FAI di Primavera 2015, è stato compiuto un parallelo fra Arte e Scienza proprio partendo dall’impronta digitale molecolare della Mela Rosa dei Sibillini dipinta dai Crivelli

Nel corso del corrente anno scolastico si è presentato un progetto pluriennale denominato AROMATECA il cui scopo è quello di costruire una banca dati da tramandare alle future generazioni della biodiversità chimica e delle eccellenze agroalimentari.

Il livello tecnico raggiunto ha portato alla capacità di attrarre al Montani ricercatori internazionali disposti a collaborare al progetto in particolare la Dottoressa Maya Cherfaoui, PhD, che dopo la laurea ha fatto un master alla Scuola Nazionale Agronomica di Parigi, ha il dottorato di ricerca PhD in biochimica della Nutrizione all’INRA francese. Tale ricercatrice è con noi da Ottobre su richiesta del direttore del CRAPC (Centro di Ricerca per le Analisi Physico-Chimiques) (http://www.crapc-dz.org/) fino a Natale.

Tuttavia si è lavorato anche in altri campi. Quello dei materiali per l’edilizia (3) e della salubrità dell’aria negli edifici (4) è altrettanto promettente. Infatti la fibra permette il campionamento e la successiva analisi dell’aria indoor. E’ quindi pensabile poter arrivare ad un attestato di efficienza della qualità dell’aria indoor che tanto dipende dai materiali utilizzati in fase costruttiva ma anche nell’arredamento. Ad esempio si sono testate le molecole rilasciate da vari tipi di parquet, di pannelli usati nell’industria del mobile e dell’arredamento in genere, si è analizzata l’influenza delle attività svolte nelle aule e nei vari laboratori della nostra scuola sulla qualità dell’aria respirata dai nostri studenti o in presidenza!

Ultima applicazione è stata quella relativa ai materiali per l’industria calzaturiera; anche qui, riuscire a definire protocolli che portino a rilasci minimi di sostanze tossiche dalla calzatura potrà rendere più salubre indossare quegli scarponcini necessari per passeggiare nel bosco.

Il 25 Ottobre 2015 i risultati della ricerca “Impronta Digitale Molecolare  di materiali Innovativi per Stampanti 3d nell’Industria Calzaturiera” relativa alla sicurezza delle bioplastiche è stato presentato ad EXPO.

L’alto contenuto innovativo del metodo è ovviamente correlato con la presenza delle sofisticatissime attrezzature utilizzate (gas cromatografo, spettrometro di massa, UHPLC, cromatografo ionico, spettrofotometro, apparecchio per la produzione di acqua ultrapura), in dotazione presso il laboratorio di chimica. Colgo ancora l’occasione per ribadire quanto io mi senta grata al Rotary, in qualità di Direttore del laboratorio di Chimica, per aver finanziato l’acquisto della strumentazione di laboratorio all’avanguardia, fondamentale per poter arrivare ai risultati raggiunti.

Quanta matematica descrive ogni minuscolo aspetto di questa tecnica affascinate e versatile! Che bella la scienza, perché, per dirla con Popper, è falsificabile, è democratica, non è mai finita, ha bisogno di tanti, di un prima e di un dopo, necessita del meglio di ogni contribuente e cioè della sua passione, del suo ingegno e della sua curiosità!

Il linguaggio è matematico, il piacere è estetico! Molto simile all’arte.

Prof.ssa Teresa Cecchi, PhD

BIBLIOGRAFIA ESSENZIALE

Cecchi T., Passamonti P. Study of the quality of extra virgin olive oil stored in PET bottles with or without an oxygen scavenger. Food Chemistry, 120, 730–735, 2010.

http://dx.doi.org/10.1016/j.foodchem.2009.11.001

Cecchi T.,  Alfei B. Volatile Profiles of Italian Monovarietal Extra Virgin Olive Oils via HS-SPME-GC-MS: Newly Identified Compounds, Flavors Molecular Markers, and Terpenic profile. Food Chemistry 141, 2025–35, 2013. http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1016/j.foodchem.2013.05.090

Cecchi T. Head Space-Solid Phase Micro Extraction Profile of Volatile Organic Compounds Emitted from Parquet Samples. Journal of Wood Chemistry and Technology. 34, 211-224, 2014

 http://dx.doi.org/10.1080/02773813.2013.861849

Cecchi T. Identification of representative pollutants in multiple locations of an Italian school using solid phase micro extraction technique. Building and Environment. 82, 2014, 655–665.

  http://dx.doi.org/10.1016/j.buildenv.2014.10.009

TC6 -parte dell'attrezzatura necessaria x analizzare gli aromiTC5 - un dettaglio della attrezzaturaTC4 - dispositivo contenente la fibra capace di adsorbire gli aromiTC3 - campioni di olio che la dottoressa di ricerca ha portato con sé per analizzare l'impronta digitale molecolare dei loro aromiTC2 - i chimici al lavoro pennellato di autunnoTC1 - l'immagine di un bosco con i suoi profumi

 

 

 

 

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