Rilevamento rapido in loco delle frodi alimentari

Le frodi alimentari sono in aumento da anni. L'elevata domanda, l'intensa concorrenza sui prezzi e le complesse catene di approvvigionamento creano le condizioni ideali per un'etichettatura errata. Se vengono utilizzati ingredienti nocivi, questo tipo di frode può comportare seri rischi per la salute. Fino ad oggi, l'individuazione di alimenti contraffatti ha richiesto analisi di laboratorio costose e lunghe. Inoltre, i sistemi di analisi basati sul laboratorio richiedono specialisti addestrati per far funzionare le apparecchiature e interpretare i dati. I ricercatori del Fraunhofer stanno lavorando per risolvere questo problema. Nel progetto Fraunhofer PREPARE PUMMEL, i team di ricerca degli Istituti Fraunhofer per i microsistemi fotonici IPMS, per la biologia molecolare e l'ecologia applicata IME e per l'ingegneria di processo e l'imballaggio IVV stanno combinando le loro competenze di base nei metodi di misurazione della gascromatografia, nello sviluppo di sensori e nel rilevamento chimico. Il loro obiettivo è quello di sviluppare un sistema di sensori gascromatografici mobili per il rilevamento rapido in loco di composti organici volatili (VOC). I COV sono composti chimici che rivelano informazioni sulla composizione di un materiale o sui possibili rischi per la salute e possono segnalare cambiamenti nelle caratteristiche del prodotto. Il rilevamento dei COV svolge un ruolo importante in molti campi, tra cui la qualità e la sicurezza alimentare, la sanità, la sicurezza civile, l'agricoltura e l'industria chimica.

Due casi d'uso rilevanti per l'industria

"C'è una chiara necessità di una tecnologia di misurazione in loco efficiente dal punto di vista dei costi, rapida e robusta, che dia risultati immediati", afferma Olaf Hild, capo dipartimento del Fraunhofer IPMS. "Il nostro sistema non è universale, ma il suo design modulare lo rende adatto a un'ampia gamma di applicazioni. Nel progetto PUMMEL ci stiamo concentrando su due casi d'uso di rilevanza industriale. In primo luogo, l'identificazione di olio d'oliva contraffatto, che si colloca tra i primi dieci prodotti alimentari più frequentemente falsificati, e in secondo luogo, l'individuazione di riciclati di plastica contaminati che possono accumularsi nei materiali di imballaggio. Si tratta di un aspetto particolarmente significativo, dato che nel 2025 il tasso di riciclaggio ha raggiunto un livello record di quasi il 70%. A questo scopo, stiamo sviluppando due dimostratori per applicazioni specifiche per il rilevamento dei COV". Mark Bücking, capo dipartimento del Fraunhofer IME, aggiunge: "Stiamo allineando gli interessi industriali con le sfide scientifiche, concentrandoci sull'innovazione tecnologica al servizio dell'economia tedesca ed europea".

Il sistema mobile - che una volta completato avrà le dimensioni di una borsa a tracolla - sarà composto da una colonna gascromatografica (colonna GC) basata su chip di silicio, un rivelatore o sensore, un'elettronica integrata per la preparazione del campione, il controllo e l'elaborazione dei dati e un alimentatore. "La gascromatografia (GC) è un metodo analitico utilizzato per separare, identificare e quantificare miscele di sostanze. È adatto a composti gassosi o facilmente vaporizzabili che non si decompongono con la vaporizzazione", spiega Olaf Hild. "Un gas di trasporto trasporta il campione attraverso la colonna GC, che abbiamo inciso in un chip di silicio rapidamente riscaldabile e raffreddabile". All'interno della colonna, le molecole di gas interagiscono con le pareti interne rivestite di polimeri. I COV reagiscono con il rivestimento interno a seconda della loro affinità e la miscela viene separata. Alla fine della colonna GC basata su chip, un rivelatore misura le sostanze separate in base alle loro caratteristiche molecolari, generando un gascromatogramma con picchi che rivelano la composizione della miscela. Fraunhofer IME si occupa dell'analisi dei dati di misura. Nel caso dell'olio d'oliva, l'obiettivo è quello di determinare parametri quali il Paese d'origine, l'età e il livello di purezza.

Test iniziali completati con successo

I test in corso, che utilizzano una colonna GC convenzionale di tre metri, dimostrano una separazione affidabile dei COV e consentono un'analisi efficace del campione. Le colonne GC dei gascromatografi di laboratorio convenzionali di fascia alta sono spesso lunghe più di 30 metri e garantiscono una maggiore efficienza di separazione, ma questo livello di efficienza non è richiesto per la valutazione della qualità della maggior parte degli alimenti. Tra le altre sfide, i ricercatori del Fraunhofer stanno lavorando per progettare colonne GC miniaturizzate in grado di fornire una separazione sufficiente dei COV specifici per i diversi alimenti.

"Con il nostro sistema ci rivolgiamo a non specialisti, come imbottigliatori e ispettori di prodotti in arrivo, che possono facilmente utilizzare il dispositivo dopo un breve briefing", afferma Tilman Sauerwald, ricercatore del Fraunhofer IVV, dove i dimostratori sono attualmente in fase di sviluppo. "I componenti del nostro sistema possono essere adattati per applicazioni specifiche, rendendolo adatto al controllo di qualità in una serie di contesti diversi, compresa l'analisi della plastica riciclata. Siamo più che felici di collaborare con partner industriali per sviluppare applicazioni personalizzate".

I ricercatori presenteranno alcuni risultati del progetto dal 24 al 27 marzo 2026 alla fiera Analytica di Monaco, presso lo stand congiunto Fraunhofer nel padiglione 3, stand 312.