PROGETTO OLIANDO - PE Caratterizzazione e certificazione di origine delle produzioni olivicole e del territorio di produzione tramite gis e nmr OLIANDO - PE (OLI - AMBIENTE D’ORIGINE, PESCARA) www.oliandope.it PROGRAMMA DI SVILUPPO RURALE ABRUZZO 2007/2013 MISURA 1.2.4 Cooperazione per lo sviluppo di nuovi prodotti, processi e tecnologie nei settori agricolo e alimentare e in quello forestale PROGETTO COFINANZIATO DALL’UNIONE EUROPEA Fondo europeo agricolo per lo sviluppo rurale: l’Europa investe nelle zone rurali Reg. CE 1698/2005 Introduzione Il progetto Oliando-pe nasce dalla collaborazione tra la Cooperativa Plenilia di Pianella, capofila del progetto, e il Centro di Ricerca COTIR. È stato finanziato nell’ambito del PSR 2007-2013 Misura 1.2.4 e prevede la caratterizzazione e la certificazione di origine delle produzioni olivicole del territorio della Provincia di Pescara attraverso l’integrazione di due tecniche: i Sistemi Informativi Geografici (GIS) e la Risonanza Magnetica Nucleare (NMR). Lo studio ha riguardato la cv. Dritta, una delle più importanti e tipiche della zona ed è stato integrato con il progetto Oliando – Te dove, invece, è stata studiata la cv. Tortiglione. Attività 1 Sistema informativo territoriale Selezione dei siti sperimentali tramite GIS È stato realizzato un Sistema Informativo Geografico per tutta la Provincia di Pescara, ed in particolare per gli areali di produzione della cultivar Dritta, mediante la raccolta e l’organizzazione di diversi strati informativi, inerenti i vari aspetti ambientali che influenzano le potenzialità produttive dell’olivo sia dal punto di vista quantitativo che qualitativo. I dati inseriti nel Sistema Informativo hanno riguardato le caratteristiche: •pedo-paesaggistiche; •topografiche e geografiche; •climatiche. Il Sistema Informativo Territoriale è stato progettato per operare con dati spaziali, cioè riconducibili a precise coordinate geografiche. In questo modo è stata possibile la sovrapposizione dei diversi strati informativi e quindi il riconoscimento di aree omogenee per caratteristiche pedo-climatiche. Aree omogenee L’individuazione delle aree è stata eseguita tramite un approccio quantitativo analitico con la finalità di identificare differenti combinazioni di fattori ambientali in modo da ottenere delle aree omogenee per fattori edafici (permeabilità dei suoli), fattori topografici (quota, pendenza, esposizione e distanza dal mare), e fattori climatici (indice eliotermico e di aridità). Le aree omogenee quindi sono aree simili per condizioni climatiche, topografiche ed edafiche, combinate tra loro, e per la cui delimitazione sono state utilizzate alcune tecniche statistiche multivariate quali l’analisi dei gruppi, l’analisi delle componenti principali (PCA – Principal Components Analysis), le tecniche di massima verosimiglianza (MLC – Maximum Likelihood Classification), in combinazione con tecniche di visualizzazione di mappe con colori RGB (red-green-blue). Attività 2 Individuazione oliveti sperimentali L’individuazione degli oliveti sperimentali, da cui sono stati prelevati i campioni per l’oleificazione, è stata compiuta dalla Cooperativa con criteri volti a minimizzare la variabilità legata alla gestione agronomica (lavorazioni del terreno, fertilizzazioni, interventi fitosanitari, irrigazioni, potatura, ecc.) degli oliveti, all’età delle piante, alla forma di allevamento e alla densità d’impianto. In questo contesto, l’obiettivo principe è stato quello di esaltare la variabilità legata alle condizioni pedo-climatiche degli oliveti sperimentali localizzati nelle varie aree omogenee, individuate tramite 2 - Progetto Oliando • Pescara il GIS, e di ottenere un campione rappresentativo per ognuna delle tipologie di aree individuate. Nella mappa che segue si riporta la localizzazione degli oliveti sperimentali individuati. Figura 1 - Mappa oliveti Le aziende agricole coinvolte nel progetto, sulla scorta delle indicazioni fornite dalla Cooperativa, hanno individuato l’appezzamento da dedicare alla sperimentazione. Attività 3 Campionamenti e analisi classiche di laboratorio Campionamento siti sperimentali Per ogni sito sperimentale sono state rilevate le coordinate geografiche, la quota e l’esposizione con l’ausilio di un GPS. In ogni sito, inoltre, è stato prelevato un campione medio di terreno per la determinazione dei seguenti parametri analitici: pH, EC, granulometria, carbonio organico, fosforo assimilabile, azoto totale e potassio assimilabile. Il campione è la risultanza di tre prelievi a circa 60 cm di profondità. Inoltre, è stata compilata una scheda, mostrata nella figura 2 relativa alle caratteristiche dell’oliveto. Per ciascun appezzamento sono state raccolte, tramite un questionario, informazioni relative allo stato del terreno, alle lavorazioni effettuate, ai sistemi di fertilizzazione e difesa adottati. Queste informazioni sono state tenute in considerazione nella successiva fase di elaborazione dei dati. Campionamento olive Per ognuno dei due anni di durata del progetto si è proceduto al campionamento delle drupe cercando di raccoglierle allo stesso grado di maturazione. Per ogni sito sperimentale è stato raccolto un campione significativo di frutti, di cui circa 5 kg, destinato alla oleificazione, tramite micro-frantoio, effettuata presso il COTIR, mentre la restante parte è stata molita nel frantoio della Cooperativa. Sul campione di olive molite al COTIR, sono state eseguite le seguenti determinazioni riportate su una scheda di raccolta dati (fig. 3): dimensione del frutto, peso, indice di maturazione, incidenza dell’attacco della mosca, umidità. Progetto Oliando • Pescara - 3 Caratterizzazione e certificazione di origine delle produzioni olivicole e del territorio di produzione tramite GIS e NMR OLIANDO data _____________ operatore __________ Oliveto sperimentale Denominazione dell'azienda CODICE AZIENDA Comune Fraz/località Pendenza Esposizione Petrosità Ass. o quasi Tipo di coltivazione Coltura promiscua (specificare colture associate) Nessuna Varietà coltivate nell'oliveto (cultivar) oltre quella oggetto di studio Vaso Sesto d'impianto (distanza relativa delle piante) 6mx6m 8mx8m Altezza media delle piante <2m 2,1 -5 m Età dell'impianto (2012) Varietà 1 (%) Monocono Sistema di allevamento Elevata Biologico Frequenza Anno (ultimo) SI Altro (specificare) 5,1 -10 m > 10 m Fase senescenza (>41 anno) Altre certificazioni NO Potatura Mese Tipo Legenda: A (pulitura/sfoltimento: 6 Kg/pianta); B (riforma/correzione/produzione: 30 Kg/pianta); C (spinta: > 60 Kg/pianta) Ogni due anni Periodo Varietà 2 (%) Varietà 3 (%) Distanze non costanti Ogni anno Tipo (2013) Altro (specificare) Fase adulta (12 - 40 anni) Biologico/Certificazioni Tipo Intermedia Coltura specializzata (solo olivo) Irrigazione SI NO Quantità (l/anno) Forma di fertilizzazione (concime, ammendanti e correttivi) sotto che forma (es per azoto: urea/nitrati/etc.) Quantità Periodo Sistemi di difesa dai fitofagi/infestanti Infestanti da contrastare Fitofagi da contrastare Prodotti sintetici (q/ha) Periodo Prodotti sintetici (q/ha) Periodo Lotta biologica (specificare il metodo) Periodo Altro (specificare) (q/ha) Periodo Stato e lavorazione del terreno Stato del terreno Inerbito Parz. Inerbito Periodo di lavorazione Tipo di lavorazione Non inerbito Profondità della lavor. (cm) Tecnica di raccolta delle olive Pettinatura a mano con rastrelli e reti Trasporto delle olive Bacchiatura a mano con reti In cassette di plastica Bacchiatura/pettinatura meccanica con reti In sacchi Fase di stoccaggio ante-molitura Modo Quanto tempo passa dalla raccolta alla molitura Note In bins Raccolta meccanizzata con scuotitore e reti Altro Tempo meno 12 ore da 12 a 24 ore da 24 a 48 ore oltre 48 ore N.B. Le coordinate geografiche e la quota dell'oliveto vengono rilevate con il GPS (fare anche una foto associata). Figura 2 – Scheda rilievo dati oliveti. 4 - Progetto Oliando • Pescara PSR - Oliando - scheda rilievi codice campione azienda data di raccolta data di molitura peso campione molito (kg) peso 50 drupe (g) infestazione Dacus oleae resa in olio (L) (frutti infestati su 50 drupe) note diametro longitudinale e trasversale (mm) drupa 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 diam. long. diam. trasv. drupa diam. long. diam. trasv. stadio maturazione (0-7) drupa 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 mat. drupa mat. indice di maturazione umidità olive peso tara (g) peso fresco (g) peso secco (g) umidità (%pv) Figura 3 – Scheda raccolta dati sulle olive campionate. Progetto Oliando • Pescara - 5 Si riporta di seguito una tabella riepilogativa dei dati raccolti sulle olive. infestazione Dacus oleae (%) Pescara peso medio drupa (g) diametro medio long. (cm) diametro medio trasv. (cm) stadio di maturazione (0-7) umidità delle olive (%pv) 2012 2013 2012 2013 2012 2013 2012 2013 2012 2013 2012 2013 media 4 28 2,1 2,0 1,7 1,8 1,3 1,3 2,4 2,8 59,2 56,0 dev.st. 10,9 18,9 0,3 0,2 0,2 0,1 0,1 0,1 0,9 1,1 3,8 3,8 min 0 8 1,4 1,4 1,4 1,6 1,0 1,2 0,6 0,0 43,9 49,2 max 48 84 2,5 2,6 2,0 2,0 1,5 1,6 4,7 5,2 65,7 63,6 Tabella 1 – Elaborazione dei dati raccolti nella fase di campionamento delle olive. La raccolta delle olive è stata effettuata nel periodo compreso tra il 28 ottobre e il 15 novembre per l’anno 2012 e tra il 3 novembre e il 17 novembre per il 2013. Attività 4 OLEIFICAZIONI Le olive campionate sono state molite dalla Cooperativa nel proprio frantoio. Dall’olio estratto è stato prelevato un campione, etichettato e consegnato al COTIR per le successive analisi mediante NMR. Un campione di olive (circa 5 kg) afferente ciascuna alle diverse partite estratte dalla cooperativa è stato molito presso il COTIR in condizioni standard mediante un micro frantoio. In questo modo per ogni oliveto sperimentale e per ognuno dei due anni di durata del progetto, si sono ottenuti due campioni di olio, uno ottenuto con micro-oleificazioni in condizioni standard e controllate e uno ottenuto da una oleificazione classica che riproduce la reale molitura delle olive. Il micro frantoio utilizzato è uno SPREMOLIVA NEW della TOSCANA ENOLOGICA MORI. Le olive dei singoli campioni sono state defogliate, lavate con acqua tiepida e inserite nella SPREMOLIVA NEW. Lo spremiolive è dotato di un frangitore a martelli, di una gramola e una centrifuga per la separazione dell’olio dalla pasta. Il campione per il laboratorio NMR è stato prelevato dopo che erano fuoriusciti almeno 200 ml di olio. Al termine di ogni estrazione è stato registrato il quantitativo di olio ottenuto da ciascun campione di olive. Di seguito qualche foto del micro frantoio. Figura 4 - Micro frantoio SPREMOLIVA NEW 6 - Progetto Oliando • Pescara Attività 5 STUDIO NMR La Risonanza Magnetica Nucleare (NMR) permette di discriminare contemporaneamente un gran numero di componenti a basso peso molecolare, anche in miscele complesse come l’olio e pertanto assume una posizione preminente nel campo delle analisi chimiche agro-alimentari. In questa attività, sono stati analizzati campioni d’olio della cultivar Dritta provenienti da oliveti siti in zone con differenti condizioni pedo-climatiche. La caratterizzazione NMR dei campioni, per ognuno dei due anni di durata del progetto, è stata compiuta utilizzando le matrici tal quali a cui è stato aggiunto cloroformio deuterato per consentire il lock dello strumento. L’analisi NMR è stata eseguita con uno spettrometro NMR Bruker-600 MHz Avance (fig. n. 5) gestito da un computer che utilizza il software TOPSPIN 2.1. La sperimentazione NMR è stata svolta in collaborazione con l’ENEA Trisaia. Figura 5 - Foto laboratorio nmr - cotir Progetto Oliando • Pescara - 7 Attività 6 Relazioni tra variabili ambientali elaborate dal GIS e profili NMR L’identificazione geografica di un alimento è di solito effettuata utilizzando metodi di classificazione dei profili chimici basati su aree geografiche predeterminate attraverso metavariabili diverse dal contenuto chimico. In questo lavoro si vuole utilizzare il profilo chimico di campioni di olio georeferenziati per individuare, su una mappa, aree di omogeneità metabolica. Esso prevede di superare il problema di rappresentare geograficamente l’informazione contenuta nello spettro NMR di campioni georeferenziati utilizzando tecniche statistiche come l’analisi PCA integrata con metodi efficaci per misurare la correlazione fra una variabile e la sua posizione geografica come il test di Moran. In figura 6 è riportato lo spettro NMR di un olio con alcune assegnazioni delle risonanze NMR. Figura 6 - Spettro NMR protonico di uno degli oli di oliva analizzati insieme con alcune assegnazioni Ogni segnale rappresenta un gruppo chimico di uno dei composti e la sua area è proporzionale alla concentrazione. Per l’analisi geostatistica degli oli del progetto Oliando gli spettri NMR sono stati completamente deconvoluti e da ciascuno spettro NMR, per il 2013, sono stati ricavati 114 segnali mentre per il 2012 si sono ottenuti rispettivamente 127 e 131 segnali per i campioni moliti in frantoio o estratti al COTIR. Al fine di integrare e migliorare lo studio, i grafici e le mappe di seguito riportati sono riferiti alla totalità dei campioni dei due progetti Oliando Pe e Oliando Te. 8 - Progetto Oliando • Pescara Figura 7 - Mappa GIS della prima componente principale degli spettri NMR degli oli del 2012 moliti al Cotir. I cerchietti indicano il valore della PC1 nel sito di misura relativamente alle 9 variabili selezionate secondo il Moran index. Il layer in falsi colori rappresenta l’interpolazione mediante IDW della PC1. Figura 8 - Mappa GIS della variabile 14 degli spettri NMR degli oli del 2013. I cerchietti indicano il valore della variabile nel sito di misura. Il layer in falsi colori rappresenta l’interpolazione mediante IDW della variabile stessa. Progetto Oliando • Pescara - 9 Le mappe spaziali della PC1 interpolata mediante IDW sono riportate nelle figure 7 e 8. Si evidenziano due regioni uniformi che coincidono con le province di Pescara e Teramo. Sulla base dei risultati geostatistici, una volta individuate le due aree omogenee, possiamo classificare i campioni di olio in base alla provenienza geografica considerando come areali uniformi le due province. In figura 9 è riportato il modello dei dati costruito mediante Linear Discriminant Analysis (LDA) degli oli 2012. I campioni provenienti dalle due aree sono correttamente classificati utilizzando le 14 variabili selezionate con il Moran test. La k-fold cross validation, con k=10, mostra una attendibilità di classificazione di circa il 97 % come mostra la tabella 2. Pe Te Pe 100 ± 0 0 ±0 Te 3 ±8 97 ± 8 Tabella 2 – Risultati della K-fold cross validation con k=10 relativa alla LDA. I dati rappresentano i valori percentuali di corretta assegnazione nel processo di cross validazione. Figura 9 – Linear Discriminant Analysis (2012) delle risonanze NMR correlate spazialmente determinate secondo il valore del Moran Index. Le due classi rappresentano le due regioni individuate attraverso le mappe GIS. In figura 10 è riportato il modello dei dati costruito mediante Linear Discriminant Analysis relativa agli oli 2013. I campioni provenienti dalle due aree sono correttamente classificati utilizzando le 13 variabili selezionate con il Moran test. La k-fold cross validation, con k=10, mostra una attendibilità di classificazione di circa il 97% 10 - Progetto Oliando • Pescara come mostra la tabella 3. Pe Te Pe 97 ± 8 3 ±8 Te 3 ±8 97 ± 8 Tabella 3 – Risultati della K-fold cross validation con k=10 relativa alla LDA. I dati rappresentano i valori percentuali di corretta assegnazione nel processo di cross validazione. Figura 10 – Linear Discriminant Analysis (2013) delle risonanze NMR correlate spazialmente determinate secondo il valore del Moran Index. Le due classi rappresentano le due regioni individuate attraverso le mappe GIS. conclusioni Dallo studio condotto nell’areale di produzione, attraverso l’utilizzo dei GIS - Sistemi Informativi Geografici, è stato possibile ottenere la caratterizzazione del territorio in cui viene coltivata la cultivar Dritta. Lo studio NMR ha permesso di individuare le aree omogenee di produzione, riportandole in mappa, attraverso il profilo chimico dei campioni. La correlazione spaziale ottenuta dall’analisi geostatistica dei profili NMR ha consentito una classificazione dei campioni analizzati con una attendibilità di circa il 97%. Progetto Oliando • Pescara - 11 Con la collaborazione di Studio NMR: ENEA - Laboratorio NMR, UTTRI-GENER, Rotondella Mt, Italy Supporto Tecnico Amministrativo: Studio Cassandro s.r.l. Barletta Divulgazione e Comunicazione: UNAPROL – Consorzio Olivicolo Italiano – Roma