Il “Sistema Qualità”

Negli anni il concetto di qualità ha subito una profonda evoluzione, operata dagli stessi consumatori i quali, richiedendo prodotti sani, sicuri, nutrienti e ottenuti nel rispetto dell’ambiente. Diversi sono i fattori che concorrono a determinare la “qualità totale” di un alimento, tanto è vero che è possibile individuare diversi tipi di qualità da quella igienico/sanitaria, a quella chimico/nutrizionale, a quella etica e molti altri.

Il progetto AEF – AQUAPONIC EASY FARM 4.0 pone particolare attenzione ai diversi aspetti della qualità, già precedentemente nel testo è emerso il vantaggio di questo tipo di coltivazione rispetto alla salvaguardia dell’ambiente e ai vantaggi che questi processi offrono in tema di sicurezza alimentare.

Molta attenzione sarà rivolta inoltre alla qualità nutrizionale e organolettica sulla quale saranno sviluppate diverse linee di ricerca che valuteranno i prodotti dal punto di vista molecolare e metabolico.

Per metabolismo dei prodotti s’intende quella fitta ed elaborata “mappa stradale” dove idealmente si possono inserire tutte le reazioni chimiche che si verificano all’interno delle cellule e in cui sono coinvolti intermedi e prodotti chimici detti metaboliti.

Lungo le vie metaboliche, altamente ramificate ed altrettanto organizzate e ordinate, le molecole subiscono modificazioni chimiche, in reazioni catalizzate da enzimi, che portano alla formazione di elementi fondamentali per lo sviluppo, crescita e riproduzione del sistema considerato.

Gli enzimi inoltre hanno la capacità di gestire l’avvio o l’interruzione di uno o più̀ processi, sulla base della richiesta di un prodotto o di energia dal sistema, di rispondere in modo diverso a fenomeni inattesi come modificazioni, stress o presenza di agenti contrastanti. In gioco non vi è solo materia, che via via si trasforma durante il processo, ma anche energia: la rottura di molecole complesse in molecole semplici, facilmente assimilabili, comporta la formazione di energia, utilizzabile dalla cellula, in un processo denominato via catabolica.

Un esempio è la respirazione cellulare, in cui il glucosio e altri materiali organici vengono degradati ad acqua, CO2 ed energia utilizzabile per compiere lavoro a livello cellulare.

Nel metabolismo di un organismo, vi sono però anche vie anaboliche ossia percorsi chimici in cui è necessario immettere energia affinché la reazione avvenga o arrivi a compimento. Un esempio sono i processi inversi alla degradazione di molecole complesse, cioè la loro sintesi a partire da piccole unità di base.

Un sistema biologico è altamente organizzato: vie cataboliche e anaboliche si intrecciano in modo tale che l’energia liberata dai primi processi, possa essere disponibile e utilizzabile dalle reazioni chimiche dei processi anabolici.

I metaboliti sono tutte quelle molecole, solitamente piccole, che costituiscono i blocchi fondamentali per la vita di un organismo.
Le piante sono in grado di sintetizzare un numero elevatissimo di composti chimici essenziali per la propria crescita e sviluppo.

Vi sono però dei metaboliti che non fanno parte della struttura molecolare di base delle cellule della pianta e che non sono direttamente coinvolti nei meccanismi fondamentali per la vita di un organismo, ma che possono essere prodotti nei suoi tessuti o organi in particolari fasi del proprio accrescimento.

Le famiglie maggiormente caratterizzate mediante l’analisi dello specifico pattern metabolico della pianta sono le Solanaceae, Papaveraceae e le Apiaceae. Carboidrati, amminoacidi, acidi nucleici, acidi grassi e acidi organici sono metaboliti primari, coinvolti nella crescita, sviluppo, respirazione, fotosintesi e nella sintesi di ormoni e proteine delle piante.

Le piante, inoltre, come gli animali, sono in grado di produrre ben oltre 100.000 metaboliti secondari. La struttura di quasi la metà dei metaboliti prodotti non è stata ancora definita, vista la notevole varietà e complessità chimica.

Tra i metaboliti secondari vi sono molecole come flavonoidi, carotenoidi, steroli, acidi fenolici, alcaloidi e glucosinolati (composti glucosidici contenenti zolfo). Questi assumono importanza nell’espressione del colore della vegetazione e dei fiori, proteggono la pianta da attacchi di erbivori e microorganismi, attraggono gli impollinatori.

I metaboliti secondari sono inoltre molto utilizzati in campo industriale per la produzione di profumi, aromi, coloranti, pesticidi e prodotti farmaceutici. I metaboliti secondari vengono spesso prodotti in risposta a fattori ambientali come luce, variazioni di temperatura, stress idrico, chimico, ossidativo, osmotico: spesso la risposta ai cambiamenti delle condizioni ambientali è diversa e specifica per le diverse tipologie di piante, determinando variazioni metaboliche caratteristiche per ciascuna specie.

Tuttavia alcuni meccanismi di risposta che coinvolgono la produzione di metaboliti si riscontrano in molte piante ed è quindi sempre possibile identificare processi comuni. Il metabolismo può essere profondamente danneggiato da cambiamenti ambientali, stress abiotici o biotici che richiedono un aggiustamento “molecolare” coinvolgendo in particolare il meccanismo biosintetico di carboidrati, amminoacidi e ammine, i meccanismi di segnalazione e regolazione fisiologica della pianta.

La pianta reagisce con la produzione di particolari composti chimici per porre rimedio al danno subito o poter sopravvivere, attraverso la variazione della concentrazione di molecole con particolari ruoli fisiologici, trasportandole o accumulandole in compartimenti specifici.

Gli stress che maggiormente creano uno sbilanciamento dell’equilibrio chimico e fisiologico di un sistema vegetale sono la scarsità di acqua, le temperature estreme (caldo e freddo), la radiazione di fotoni, la contaminazione da batteri o virus, le elevate concentrazioni di sali e metalli pesanti.

La principale reazione ad una condizione di stress nella pianta è la sintesi e l’accumulo di “soluti compatibili” ossia piccole molecole organiche in grado di garantire la sopravvivenza, mantenere l’equilibrio osmotico della pianta nonostante ad esempio l’alta salinità o la carenza di acqua.

Tra queste molecole si trovano amminoacidi (asparagina, prolina e serina), ammine (poliammine e glicina betaina), GABA (acido-7ammino-N-butirrico), carboidrati (fruttosio, saccarosio, trealosio, inositolo) e antiossidanti come il glutatione e l’ascorbato.

L’acido abscissico prodotto in condizioni di scarsità̀ di acqua svolge un ruolo centrale nei meccanismi di difesa in quanto con il suo accumulo si avvia il processo di chiusura degli stomi per ridurre la traspirazione.

Il metabolismo e l’intero complesso di metaboliti prodotti dalle piante sono fortemente influenzati dall’ambiente che li circonda e dai metodi colturali. Piante cresciute in terreni diversi e luoghi diversi esprimono caratteristiche diverse sia nel profilo metabolico che nelle loro qualità organolettiche. Questo è molto rilevante se le piante in oggetto sono specie di interesse agroalimentare o officinale come nel caso del progetto “AEF – AQUAPONIC EASY FARM 4.0”.

Lo scopo della ricerca è quello di indagare l’espressione dei metaboliti primari e secondari e di metterli in relazione con le metodologie colturali dell’acquaponica. L’obiettivo finale è quello di ottenere prodotti di elevata qualità sia da un punto di vista nutrizionale che organolettico.

Compito dell’Unità di ricerca sarà quello di mettere a punto le migliori condizioni del sistema in base ai profili metabolici ottenuti al fine di ottimizzare i processi ed ottenere dei protocolli di riferimento per coltivare le diverse specie garantendo la migliore qualità.