ornella patoris

I costituenti del vino potenzialmente tossici per la salute

Ornella Pastoris

Università degli Studi di Pavia

Centro Riccagioia

Torrazza Coste, 11 Novembre 2013

FEASR

Programma di

Sviluppo Rurale 2007-2013

Costituenti del vino

potenzialmente tossici per la salute

• Fitosanitari

• Micotossine (ocratossina A)

• Etilcarbammato

• Amine biogene

• Metalli

• Additivi (es. solfiti)

Individuare metodi per ridurre o

eliminare del tutto la loro

presenza nel prodotto finale



• Fitosanitari


• Etilcarbammato

• Amine biogene

• Metalli


Prodotti fitosanitari

Tignoletta della vite

(Lobesia botrana)

Peronospera della vite

(Plasmopara viticola)

Muffa grigia

(Botrytis cinerea)

I principali parassiti della vite

Trattamento preventivo con

prodotti in grado di

preservare la vite e garantire

la qualità dell’uva

Pesticidi nelle uve e nel vino

Pesticida Uva (mg/kg) Vino (mg/kg) Limite OIV (mg/kg)

Uva Vino

Azoxystrobin 0.19 0.09 - 0.13 2 0.5

Cyprodinil 1.03 0.18 - 0.21 5 0.5

Fludioxonil 0.78 0.23 -0.05 2 0.5

Penconazolo 0.58 0.47 0.2

Pyrimethanil 1.11 1.01-1.02 3 2

Caboni and Cabras, Adv Food Nutr Res. 2010; 59: 43-62

Sostanze utilizzate nella chiarificazione

• Il carbone è raccomandato quando il residuo da eliminare è molto basso

• Pesticidi molto idrosolubili come il diclorvos non subiscono variazioni

significative

Cabras et al, J Wine Res. 1995; 6: 201-205

Lieviti e pesticidi

L’attività di lieviti e batteri può essere influenzata

da residui di pesticidi

I lieviti sono in

grado di ridurre i

livelli di pesticidi

sia degradandoli

che assorbendoli

Cabras & Angioni, J Agric Food Chem. 2000; 48: 967-973

Controllo dei pesticidi

Linee guida per un corretto uso dei pesticidi per il

trattamento delle viti e dell’uva e individuazione di

limiti massimi di residui consentiti nel vino

Il processo di vinificazione riduce i residui di pesticidi

eventualmente presenti nel prodotto iniziale

Metodi di rilevamento molto sensibili e precisi

• Gas-cromatografia

• HPLC

• Elettroforesi capillare

• Spettrometria di massa

Fitoalessine

• Composti antimicrobici prodotti dalle piante in risposta a diverse condizioni

di stress sia di origine biotica che abiotica

• Sono generalemente sintetizzate entro poche ore dall’esposizione alla fonte

di stress e si accumulano nella pianta raggiungendo un contenuto massimo

dopo 2/3 giorni

Stimolare la produzione di fitoalessine nella vite

potrebbe rappresentare un’interessante strategia per

limitare l’uso dei pesticidi

• Nella vite le fitoalessine sono un gruppo ristretto di molecole

appartenenti alla famiglia dello stilbene

• La più importante fitoalessina prodotta dalla vite è il resveratrolo (3,5,4’-

triidrossistilbene)

Stilbene Resveratrolo

Fitoalessine

sintetiche



• Fitosanitari


• Etilcarbammato

• Amine biogene

• Metalli


Ocratossina A (OTA)

• Comunemente presente in cereali, uva, caffè, spezie, cacao

• Individuata nell’uva e nel vino per la prima volta nel 1996

• Prodotta da Aspergillus spp. e Penicillium spp.

• Nell’uva i principali produttori sono A. niger e soprattutto l’A. carbonarius che infettano l’uva prima del raccolto

Effetti di OTA sulla salute

• Nefrotossica (danni dipendenti da dose ed esposizione)

• Immunotossica

• Teratogena

• Cancerogena (gruppo 2B, IARC 1993)

Lunga emivita

Maiale: 70-120 ore

Pollo: 4 ore

Uomo: 840 ore

Presente anche in prodotti

di origine animale destinati

all’alimentazione umana

TWI

120 ng/kg di peso corporeo (Efsa, 2006)

Livelli di esposizione

15-60 ng/kg di peso

corporeo alla settimana

OTA nell’uva e nel vino

• Clima (temperatura e umidità)

• Zona geografica (latitudine)

• Annata di produzione

• Fattori legati alla vinificazione

La presenza di OTA nell’uva e

nel vino è influenzata da

numerosi fattori:

Livelli massimi di OTA ammessi in

succo d’uva, mosto e vino

2 µg/kg (Regolamento CE n. 123/2005)

Effetto della latitudine

I vini dei Paesi più meridionali sono in genere più

contaminati come conseguenza del clima più caldo e secco

Valero et al., Food Chemistry 2008; 108: 593–599

CII 15% > 2µg/l

CIII 27% > 2µg/l

Annata di produzione

L’annata – come conseguenza del clima e della presenza di fenomeni

metereologici – può influenzare la presenza di OTA nelle uve

Lucchetta et al., Toxins 2010; 2: 840-855

Lopez De Cerain et al., Food Addit Contam 2002; 11:1058–1064

Fattori legati al tipo di vinificazione

Pur non essendoci differenze di contenuto di OTA tra

uva bianca e nera, il contenuto di micotossina nei

vini rossi è superiore rispetto agli altri vini

Brera et al., J Agric Food Chem 2008; 56: 10611–10618

Nella produzione del vino bianco la sansa

(la parte solida a cui rimane legata la

maggior parte di OTA) viene separata dal

succo, mentre nei vini rossi viene

lasciata macerare a contatto con il

succo. Questo spiega per quale motivo i

vini rossi hanno livelli di OTA maggiori

rispetto ai vini bianchi

OTA nei vini italiani

La regione di origine del vino, come conseguenza diretta

del diverso clima, influenza il contenuto di OTA


OTA nei vini italiani

Piemonte

3 ng/l

Lombardia

15 ng/l

Triveneto

43 ng/l

Romagna 115 ng/l

Marche 25 ng/l

Abruzzo 195 ng/l

Puglia 1302 ng/l

Sicilia 1366 ng/l

Toscana 498 ng/l

Emilia 17 ng/l

Considerando solo i vini rossi

si crea un gradiente dei

livelli di OTA da nord a sud

lungo il versante adriatico

Pietri et al., Food Addit Contam 2001; 18: 647-654

Esposizione della popolazione italiana

Sebbene i cereali siano considerati la maggior fonte di esposizione

ad OTA, recenti studi hanno sottolineato l’importante contributo

apportato dal vino (in particolare dai vini rossi)

Miraglia e Brera, 2002

Esposizione della popolazione italiana

L’assunzione quotidiana di OTA con il vino varia considerevolmente a

seconda del consumo, del tipo di vino e dell’area geografica


TDI = 17.1 ng/kg

Come minimizzare il rischio di contaminazione

Minimizzare il danno agli acini sulla vite è uno degli elementi

chiave per ridurre il rischio di contaminazione da OTA

• tenere sotto controllo gli eventuali danni agli acini causati

da funghi o da muffe patogene tramite l’utilizzo di fungicidi

• tenere sotto controllo i danni causati da insetti utilizzando

insetticidi

• sfruttare pergolati e la potatura in modo che i grappoli

abbiano una adeguata esposizione al sole, non rimangano

impigliati nei fili dei tralicci ed abbiano spazio a

disposizione

• controllare le tempistiche di irrigazione per ridurre il

rischio di rottura degli acini in caso di pioggia prima del

raccolto

Come minimizzare il rischio di contaminazione

• Strumenti che permettono di prevedere le regioni viticole a

rischio di contaminazione da OTA e che sfruttano modelli che

tengono conto delle temperature e delle precipitazioni stagionali

• Raccolta di campioni nei vigneti sa sottoporre ad analisi

microbiologiche

• Applicazione dei metodi di

controllo della contaminazione

da Aspergillus spp

Controllo chimico

(fungicidi)

Controllo biologico (lieviti,

agenti di biocontrollo)

Trans-resveratrolo

• Il trans-resveratrolo (3,5,4-triidrostilbene) è un

composto antiossidante naturale che si accumula nelle

foglie e nella buccia degli acini in risposta a danni di

varia natura (infezioni fungine, radiazioni UV, danni

chimici…)

• Si può trovare anche nel vino in concentrazione

variabile in funzione dei processi viticoli ed enologici

• Ha proprietà di pesticida naturale

Svantaggi dei fungicidi

• Residui nell’uva dopo la

vendemmia e quindi possibile

presenza nel vino

• Potenziali effetti nocivi per la

salute

• L’uso persistente favorisce la

selezione di ceppi resistenti

Necessità di sviluppare metodi

di controllo alternativi

Controllo biologico della produzione di OTA

• Utilizza microrganismi (agenti

di biocontrollo) antagonisti dei

funghi patogeni e rappresenta

una buona e promettente

alternativa ai pesticidi

• Uno dei vantaggi è che gli

agenti di biocontrollo possono

essere impiegati insieme ai

pesticidi, riducendo quindi i

livelli di questi ultimi

necessari per tenere sotto

controllo la crescita fungina

I lieviti come agenti di biocontrollo

I livelli di OTA negli acini pretrattati con lieviti

sono significativamente inferiori

De Curtis et al., Int J Food Microbiol 2012; 159: 17-24

I lieviti epifiti

• Sono i principali costituenti della flora microbica

che ricopre la superficie degli acini di uva

• Sono evolutivamente adattati a questa nicchia

ecologica

• Possono essere validi agenti di biocontrollo per la

loro capacità di colonizzare i grappoli di uva e

competere (per spazio e nutrienti) con i funghi

patogeni

• Possono sopravvivere e colonizzare gli acini nelle

vigne mantenendo l’equilibrio dell’ambiente

naturale

I lieviti epifiti

Portano ad una considerevole riduzione della crescita sia

di A. carbonarius che di A. niger sugli acini di uva

Bleve et al., Int J Food Microbiol 2006; 108: 204-209

Interventi durante la vinificazione

I principali elementi che riducono i rischio di

contaminazione durante e dopo la raccolta:

• selezione dell’uva e raccolta in modo da

minimizzare i danni agli acini e ridurre la

perdita di succhi durante il trasporto

• rapido trasporto alla cantina

• conservazione a bassa temperatura dell’uva

raccolta

• corretta condotta igienica nella cantina


Durante la fermentazione

alcolica l’OTA viene adsorbita

da mannoproteine presenti

sulla parete dei lieviti e quindi

“sottratta” al vino

Selezionare ceppi di lievito la

cui parete abbia una

composizione proteica che

garantisca elevata capacità di

adsorbire l’OTA

Agenti raffinanti (es. carbone vegetale) rimuovono l’OTA dal vino,

ma compromettono la qualità del prodotto finale

Agenti proteici (es. albumina) e la bentonite legano l’OTA, ma la

loro efficacia può dipendere dalla presenza di altre proteina

nell’uva


In base alle norme generali di salvaguardia della salute e alle

direttive comunitarie, tutte le aziende del settore alimentare – e

quindi anche le cantine che producono vino – devono mettere a

punto dei sistemi di autocontrollo basati sulle norme HACCP

Individuare i punti critici di controllo, ossia quei passaggi della

lavorazione in cui il rischio di contaminazione è maggiore ed in cui

vanno quindi concentrate le analisi di controllo

Nei processi di vinificazione i punti critici di controllo per

monitorare i livelli di OTA sono la pigiatura e la fermentazione

alcolica. Al termine di questi passaggi è quindi buona norma

effettuare dei prelievi per opportune analisi



• Fitosanitari


• Etilcarbammato

• Amine biogene

• Metalli


Etilcarbammato (uretano)

• A lungo usato come antisettico nell’industria delle

bevande alcoliche

• Alte concentrazioni hanno proprietà cancerogene

• Non esistono limiti legali; la FDA

ha raccomandato un limite

volontario di 15 μg/l nei vini da

tavola e 60 μg/l in quelli liquorosi

• Può essere naturalmente presente nei cibi e nelle

bevande fermentati, come liquori, vini, birre, pane,

salsa di soia e yogurt

Fonti di etilcarbammato nel vino

Deriva dal metabolismo dei lieviti, che durante la fermentazione

alcolica porta alla formazione di grandi quantità di urea di per sé

non tossica

Anche durante la

fermentazione

malolattica i batteri

possono produrre

precursori

dell’etilcarbammato,

come la citrullina ed il

carbamilfosfato

Come ridurre l'etilcarbammato nel vino

• Utilizzare nella fermentazione ceppi batterici in

grado di portare a termine una fermentazione

malolattica completa, in modo da ridurre il rischio

di formazione di citrullina

• Intervenire sui quei processi di coltivazione e

produzione che potrebbero determinare un aumento

dei livelli di arginina nell’uva e nel vino

• Nei vini con alti livelli di urea la legge permette

l’uso della ureasi, un additivo in grado di degradare

l’urea. L’ureasi viene ricavata dal Lactobacillus

fermentum



• Fitosanitari


• Etilcarbammato

• Amine biogene

• Metalli


Amine biogene

• Ruolo molto importante nelle cellule e nell’organismo

umano (istamina e tiramina, ad esempio, sono mediatori nel

sistema nervoso centrale e contribuiscono a controllare la

pressione sanguigna)

• Contengono uno o più sostituenti organici legati ad un

atomo di azoto. Hanno basso peso molecolare e

derivano da aminoacidi aromatici o cationici

Istidina

Istidina

decarbossilasi

Istamina

Amine biogene

Spermidina

Tiramina

Feniletilamina

Istamina Triptamina

Putresceina

Cadaverina

Alifatiche

Aromatiche

Eterocicliche

Spermina

Amine biogene

• Presenti in piante, frutta e vegetali

• Si formano principalmente durante la fermentazione e l’invecchiamento

• La loro presenza in alimenti e bevande è indesiderata in quanto possono causare problemi alla salute

Nelle bevande alcoliche l’etanolo può inibire gli enzimi

responsabili della detossificazione delle amine biogene a

livello intestinale (es. COMT e MAO), determinando così

un aumento della loro tossicità

Effetti delle amine biogene sulla salute

Una eccessiva assunzione può dar luogo a diverse reazioni

indesiderate con differenze dovute a sensibilità individuale

Istamina Rash, edema, mal di testa, ipotensione, vomito, palpitazioni, diarrea

e problemi cardiaci

Tiramina e feniletilamina

Ipertensione ed altri sintomi associati a vasocostrizione (soprattutto

emicrania e addirittura emorragie celebrali) dovuti al rilascio di

noradrenalina

Putresceina e cadaverina

Non sono di per sé tossiche, possono comunque aumentare la tossicità

di istamina, tiramina e fenietilamina dal momento che interferiscono

con le reazioni di detossificazione

Amine biogene nei vini

• Il contenuto di amine biogene nei vini rossi è maggiore rispetto

ai bianchi e ai rosé

• Putresceina, tiramina e istamina sono le amine biogene

maggiormente presenti nel vino

Martuscelli et al, Food Chem. 2013; 140: 590-597

Fonti di amine biogene nei vini

I lieviti possono contribuire al

livello finale

La maggior parte si forma durante

i processi di fermentazione

malolattica

Del Prete et al, Food Chem. 2008; 112: 474-481

Marcobal et al, J Food Protect. 2006; 69: 397-404

Fattori che influenzano la formazione

di amine biogene nel vino

• Il materiale del contenitore usato durante la fermentazione

malolattica (acciaio inossidabile, botti di rovere) può influenzare il

contenuto di amine biogene nel vino

• Alcuni parametri come pH, etanolo, SO2 influenzano l’attività delle

decarbossilasi e la loro espressione

- Ad alti valori di pH i batteri crescono

meglio, quindi questo favorisce la

formazione di amine biogene: per

questo motivo i vini bianchi, che sono

generalmente più acidi, contengono

meno amine biogene rispetto ai vini

rossi

- Ad alti valori di pH la SO2 è meno

attiva e quindi anche questo fattore

può favorire la formazione di amine

biogene

Mazzoli et al, Amino Acids. 2009; 36: 81-89

Effetto dell’invecchiamento con fecce

Martin-Alvarez et al, Eur Food Res Technol. 2006; 222: 420-424

Durante l’invecchiamento le proteine presenti nella feccia, principalmente

derivanti dalla autolisi dei lieviti, vengono idrolizzate a peptidi e questi

peptidi vengono successivamente degradati ad aminoacidi e amine

Tempi di macerazione più lunghi possono favorire una maggior produzione di

amine biogene, soprattutto istamina, tiramina e putresceina

Marques et al, Food Chem. 2008; 107: 853-860

Come ridurre il contenuto di

amine biogene nel vino

• Sostanze chiarificanti (bentonite, PVPP) possono

adsorbire le amine biogene riducendone i livelli nel vino

• Utilizzare ceppi batterici aventi bassa o nulla capacità di

produrre amine biogene (in quanto privi del gene che

codifica per l’enzima coinvolto nella loro formazione)

Ceppo batterico Istamina Tiramina Putresceina

Lactobacillus brevi ND 0.4 g/l ND

Oenococcus oeni ND ND ND

Lactobacillus buchneri ND ND 0.9 g/l

Leuconostoc mesenteroides ND 1.1 g/l ND

Moreno-Arribas et al, Int J Food Microbiol. 2003; 84: 117-123 (adapted)

ND = non determinabile (<2x10-5 g/l)

Determinazioni in vitro su terreni di coltura addizionati di aminoacidi precursori

Effetto di trattamenti antifungini sui

livelli di amine biogene nel vino


• I vini ottenuti da uve non trattate hanno livelli di amine biogene

superiori rispetto a quelli ottenuti da uve che hanno ricevuto un

trattamento fungicida

• La fonte di amine biogene nel vino può essere collegata allo

sviluppo di funghi sull’uva non trattata

Effetto di starters commerciali

L’uso di starters ben selezionati inoculati all’inizio della fermentazione

malolattica può ridurre la produzione di amine biogene

Martin-Alvarez et al, Eur Food Res Technol. 2006; 222: 420-424


Conclusioni

• Un’ampia varietà di composti possono influenzare

la sicurezza del vino

• Grazie agli sforzi della ricerca scientifica in campo

enologico, l’industria vitivinicola dispone di

adeguate conoscenze e mezzi per controllare e

prevenire o comunque ridurre al minimo la

formazione di composti potenzialmente pericolosi

per la salute

• Negli anni più recenti sono state fatte anche

numerose scoperte su componenti del vino che

hanno un effetto benefico sulla salute (polifenoli,

peptidi) a confermare che un moderato consumo di

vino fa effettivamente bene alla salute

ornella patoris

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