Le attività di ricerca della prof.ssa Locatelli riguardano l’ottimizzazione e la validazione di metodiche chimico-analitiche (in particolare metodi spettrofotometrici e metodi cromatografici) e il trattamento statistico dei dati (chemiometria), applicati in ambito alimentare/nutraceutico. In particolare, oggetto della ricerca della prof.ssa Locatelli è lo studio della composizione e della componente bioattiva (principalmente polifenoli e fibra) di matrici alimentari di origine vegetale. In questo ambito sono applicate diverse tecniche di estrazione/separazione della componente fenolica (anche approcci innovativi con l’ausilio di US e MW, steam explosion e acqua subcritica) e la caratterizzazione quali-quantitativa degli estratti è condotta principalmente mediante metodi spettrofotometrici e cromatografici (HPLC e HPLC/MS): le molecole di principale interesse sono acidi fenolici, flavonoidi, proantocianidine a diverso grado di polimerizzazione, antocianine, stilbeni. Parte dell’attività di ricerca riguarda la messa a punto di diversi metodi per la determinazione delle proprietà antiossidanti di estratti vegetali/ composti fenolici (attività scavenger, inibizione della perossidazione lipidica - autossidazione dell’acido linoleico e ossidazione di sistemi liposomiali, azione chelante). La prof.ssa Locatelli si occupa, inoltre, di autenticazione e rintracciabilità degli alimenti mediante caratterizzazione chemotipica/chemiometrica degli stessi, applicando tecniche di analisi statistica multivariata (Cluster Analysis e Analisi delle Componenti Principali) e di intelligenza artificiale (reti neuronali) per lo studio di sistemi di dati complessi.

 Nell’ambito delle attività sopra descritte si possono individuare 4 linee di ricerca principali, in particolare:

- Studio della componente bioattiva degli alimenti, valutazione dei processi di trasformazione e valorizzazione dei by-products;

- Tracciabilità, autenticazione e sicurezza dei prodotti alimentari;

- Ottimizzazione e validazione di metodi analitici;

- Formulazione e caratterizzazione di ingredienti e alimenti funzionali.

TEMI CORRENTI DI RICERCA

1) Caratterizzazione chimica e studio della componente bioattiva di alimenti e sottoprodotti (in particolare per il recupero di composti ad alto valore aggiunto da by- e co-products delle filiere agro-alimentari) e valutazione dell’impatto dei processi di trasformazione

Le attività svolte in questa linea di ricerca riguardano la caratterizzazione di diverse filiere e matrici alimentari di origine vegetale, tra cui ad esempio cacao, nocciole, uva/vino, cereali e derivati (frumento, orzo, riso e prodotti da forno), legumi, matrici oleose (semi di canapa, lino, girasole, zucca). Tutte queste matrici sono caratterizzate prendendo in considerazione la filiera di produzione degli alimenti finiti e i prodotti secondari della lavorazione (ad es. bucce di cacao, cuticole di nocciola, vinacce, residui della spremitura di semi oleosi, foglie di vite).

Oltre alla valutazione dei processi di trasformazione ad opera dell’industria agro-alimentare, in questa linea di ricerca sono anche considerate trasformazioni degli alimenti a livello domestico, come ad esempio la cottura (in particolare valutando l’impatto di diversi metodi di cottura sulla composizione chimico-nutrizionale degli alimenti, ad esempio il riso).

Focus della linea di ricerca è la caratterizzazione delle componenti bioattive (in particolare la componente polifenolica, la fibra prebiotica, gamma-orizanolo) e lo studio delle proprietà antiossidanti delle matrici in oggetto.

2) Tracciabilità, autenticazione, qualità e sicurezza dei prodotti alimentari, utilizzando sia approcci chimico-analitici sia approcci molecolari e biotecnologici

Le attività svolte in questa linea di ricerca sono dedicate alla caratterizzazione chemotipica (determinazione della composizione centesimale, fingerprint proteico, caratterizzazione della componente lipidica, valutazione delle proprietà antiossidanti e del profilo polifenolico) e/o genotipica (in particolare profili PCR RAPD - Random Amplified Polymorphic DNA e microsatelliti) degli alimenti, e alla corrispondente elaborazione dei dati, al fine di riconoscere e identificare l’origine geografica e/o varietale dell’alimento di interesse. Tale approccio è applicato a diversi casi studio.

Punto chiave di questa linea di ricerca, oltre alla caratterizzazione chimico-analitica e biotecnologica, è l’utilizzo di tecniche di analisi statistica multivariata, come ad es. l’analisi delle componenti principali (PCA) e la cluster analysis (clustering gerarchico; algoritmo K-means; HCPC, hierarchical clustering on principal components), oltre che di tecniche di intelligenza artificiale, quali le reti neuronali SOM (Self Organizing Maps) e quelle di Back Propagation.

3) Set-up, ottimizzazione e validazione di metodi analitici finalizzati all’elucidazione del profilo compositivo di alimenti e ingredienti per integratori alimentari

Le attività di questa linea di ricerca riguardano l’ottimizzazione e/o validazione di metodiche chimico-analitiche (in particolare metodi spettrofotometrici e metodi cromatografici, ma anche metodi biotecnologici) e il trattamento statistico dei dati (chemiometria), applicati in ambito alimentare/nutraceutico. Alcuni esempi sono riportati di seguito:

- ottimizzazione di diversi metodi per la determinazione delle proprietà antiossidanti di estratti vegetali e composti fenolici in vitro: attività antiradicalica, inibizione della perossidazione lipidica (autossidazione dell’acido linoleico e ossidazione di sistemi liposomiali), azione chelante;

- ottimizzazione e validazione di metodi cromatografici (HPLC/DAD) per la identificazione e quantificazione di istaminolo e di resveratrolo nel vino;

- ottimizzazione e validazione di metodo cromatografico (HPLC/DAD) per la identificazione e quantificazione della fucoxantina in integratori alimentari;

- ottimizzazione e validazione di metodi cromatografici (HPLC/DAD e HPLC/MS) per la identificazione e quantificazione di secoiridoidi di genziana;

- ottimizzazione e validazione statistica di metodi PCR per il riconoscimento degli allergeni nella nocciola;

- ottimizzazione di metodi post-analitici per il riconoscimento della qualità del vino (profili 2D-GC di vini Moscato);

- ottimizzazione di metodi CVIA (computer vision image analysis) per la valutazione della qualità dei prodotti alimentari (applicazioni pratiche: nocciole tostate, vino).

- bergamotto: validazione di metodi analitici (HPLC-DAD) per la determinazione dei flavonoidi in succo e pastazzo, e per la loro quantificazione in integratori alimentari a base di bergamotto, e ottimizzazione di metodi enzimatici per la determinazione della bioattività;

- sviluppo e ottimizzazione di metodi untargeted (HPLC-MS, DART-MS, NMR, elettroforesi Lab-On-Chip) e approcci post-analitici di data-mining per la stesura di linee guida internazionali per l’utilizzo di metodi untargeted per l’analisi dei prodotti alimentari (Food Integrity project; WP18 - “Intellitrace”).

4) Formulazione e caratterizzazione di ingredienti e alimenti funzionali e valutazione dell’impatto del processo di digestione.

Le attività di questa linea di ricerca riguardano innanzitutto l’identificazione di matrici vegetali naturalmente ricche di sostanze bioattive, nonché di by-products/co-products da valorizzare per la loro composizione e/o da estrarre per l’ottenimento di composti dotati di potenziale bioattività. Alcuni esempi riguardano i prodotti della decorticazione dei cereali (sfarinati ottenuti dalla decorticazione progressiva di frumento e orzo), i prodotti secondari della lavorazione del riso (lolla e pula; rotture), i prodotti secondari della spremitura dei semi di canapa (sfarinati frazionati e non dei panelli di pressatura; morchie), la buccia di cacao e la cuticola di nocciola, le fogli e di vite. Gli ingredienti sopra descritti sono valutati come come tali o dopo estrazione (prevalntemente di tipo “green”, sfruttando l’ausilio di microonde e/o ultrasuoni, steam explosion, acqua subcritica, per l’impiego in alimenti modello (ad esempio prodotti da forno, pasta, snacks), a loro volta valutati per le loro qualità compositive, tecnologiche e di bioattività. Ad esempio, le frazioni di decorticazione di frumento e orzo sono state impiegate per formulare pani, in diverse concentrazioni, arricchiti in fibra e composti polifenolici antiossidanti, mentre gli sfarinati di canapa hanno consentito di ottenere pani ad elevato contenuto proteico. Gli estratti concentrati (ad es. estratti ricchi di antocianine da riso nero ed estratti polifenolici totali di cacao, ottenuti mediante protocolli di estrazione food grade) non sono invece stati utilizzati tal quali, ma previa stabilizzazione mediante microincapsulazione con tecnica spray-drying (formulazioni matriciali impiegando diversi agenti stabilizzanti, da soli o in miscela). Gli estratti atomizzati sono stati quindi caratterizzati e ne sono state valutate la stabilità nel tempo e la resistenza alla cottura, ottenendo alimenti modello funzionalizzati (biscotti arricchiti in composti polifenolici antiossidanti).

Altre attività hanno riguardato lo studio, la caratterizzazione e la formulazione di estratti concentrati e/o frazionati da matrici alimentari vegetali (genziana, pastazzo di bergamotto, carota nera, curcuma) per la produzione di integratori alimentari e coloranti naturali stabilizzati.

Per quanto riguarda gli studi di digestione, effettuati impiegando protocolli di digestione simulata in vitro (metodo INFOGEST), sono stati applicati allo studio della componente bioattiva del riso pigmentato (riso nero Artemide), allo studio di microincapsulati formulati per migliorare la stabilità e la bioaccessibilità dei curcuminoidi, e allo studio della frazione polifenolica del cacao (per la valutazione del suo impiego per la produzione di integratore a base di probiotici).