Amidometro, strumento per valutare lo stato di maturazione delle mele

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Fig. 1 - Scala per la determinazione colorimetrica dell’amido in uso in Alto Adige
Ritorna d’attualità il test dell’amido per una raccolta e maturazione ottimali delle mele. Il ruolo fondamentale dell’amidometro come strumento capace di garantire una valutazione obiettiva del valore di degradazione dell’amido va affiancato al lavoro degli esperti valutatori per l’integrazione con i parametri di qualità commerciale.

La valutazione visiva dell’indice di degradazione dell’amido (IDA) costituisce il più antico metodo per la stima dello stadio di maturazione delle mele; inoltre, è efficace per definire l’epoca ottimale di raccolta. La valutazione consiste nel confronto visivo di mele tagliate equatorialmente e imbibite nella soluzione Lugol (a base di iodio), con scale di degradazione di riferimento.

Il metodo di per sé è molto semplice ed economico, ma presenta lo svantaggio di essere soggettivo. Un metodo basato sull’analisi digitale dell’immagine visiva delle mele imbibite nella soluzione Lugol per la stima dell’IDA potrebbe rivelarsi una valida alternativa per l’impiego nella prassi. Presso il Centro di Sperimentazione Laimburg la variabilità, ovvero la soggettività nella valutazione visiva di un panel di esperti, è stata stimata e comparata durante alcuni anni di sviluppo dei risultati ottenuti con uno strumento digitale (amidometro) per la stima dell’IDA ora in commercio (Amilon, Isolcell).

Campioni di differenti cultivar di melo con ampio range di valori dell’IDA sono stati analizzati applicando la scala di valori da 1 a 5 raccomandata dal CS Laimburg. La lettura ottenuta dall’amidometro è stata messa a confronto con la valutazione visiva degli esperti, portando alla fine allo sviluppo di un modello di accuratezza elevato per le cultivar di importanza commerciale.

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Fig. 2 - Valutazione visiva dell’indice di degradazione dell’amido (IDA) effettuata da diversi valutatori esperti sugli stessi campioni di mela (scala Laimburg 1-5).

Per garantire una buona qualità delle mele dopo la frigoconservazione è bene che la raccolta venga effettuata ad uno stadio di maturazione specifico. Uno dei principali processi che si verificano durante la maturazione delle mele è l’idrolisi dell’amido in zuccheri (Peirs et al. 2002), che inizia dal cuore carpellare e si conclude nei tessuti esterni della corteccia (Kingston, 1992). Questo processo di graduale trasformazione dell’amido, visibile grazie alla colorazione dello iodio, è un indicatore chiave nella determinazione dell’epoca di raccolta ottimale (ERO) delle mele adottata nella prassi.

Tramite il test Lugol, i frutti tagliati equatorialmente vengono immersi in una soluzione a base di iodio, denominata appunto Lugol (10 g l-1 KI + 3 g l-1 I2 in H2O). La frazione di amilosio contenuta nell’amido reagendo con lo iodio (Fan et al., 1995) assume una colorazione blu scura, di diversa intensità a seconda della varietà. L’intensità e la superficie della colorazione vengono poi confrontate con scale di riferimento (indice di degradazione dell’amido: IDA). A livello mondiale esistono diverse scale di riferimento rendendo difficile il confronto o la conversione da una scala all’altra. Alcuni Autori ritengono persino necessario l’utilizzo di scale specifiche per ogni varietà o gruppo di cultivar (Szalay et al., 2013). In Alto-Adige, per tutte le cultivar, è sempre stata utilizzata una scala con valore 1 indicante lo stadio più immaturo e inscurito e con 5 lo stadio di completa maturazione e schiarimento totale (Fig. 1), a cui si riferiscono le raccomandazioni del CS Laimburg per l’ERO a scopo di frigoconservazione a lungo termine (Tab. 1).

La valutazione visiva è semplice ed economica. Tuttavia, richiede una certa esperienza ed è soggettiva, poiché gli schemi (‘pattern’) di colorazione sono spesso asimmetrici. Peirs et al. (2002) constatarono che le differenze nei risultati delle analisi effettuate sugli stessi campioni da soggetti diversi variavano fino al 60%. Inoltre, ciascun stimatore mostrava una scarsa ripetibilità rispetto alla propria valutazione. Alla luce di questi elementi, l’impiego di un metodo obiettivo sarebbe necessario per migliorare la precisione, l’affidabilità e la ripetibilità della valutazione dell’indice di degradazione dell’amido.

Una tecnica promettente per la determinazione dell’IDA, già studiata in passato al CS Laimburg, è l’analisi dell’immagine iperspettrale NIRS (Menesatti et al., 2009). Questa tecnica spettroscopica raccoglie e processa informazioni di una moltitudine di bande di spettri comprese nel range dell’infrarosso “NIR”, come serie di immagini, in cui ogni immagine rappresenta una particolare lunghezza d’onda, che vengono poi stratificate l’una sull’altra a formare un’immagine iperspettrale in 3D. Se da una parte questa tecnica permette misurazioni obiettive senza ricorrere all’utilizzo della soluzione Lugol, l’elevato costo della strumentazione ne frena la sua implementazione nella prassi commerciale.

Analisi digitale con l’amidometro

Una tecnica alternativa con un grande potenziale per l’impiego pratico e dai costi contenuti è invece l’analisi digitale dell’immagine delle mele imbibite nella soluzione Lugol. La procedura analitica dello strumento oggetto del presente studio, l’amidometro (Amilon, Isolcell), può essere così riassunta: un set di frutti (8-10 dischi, dopo l’imbibizione) viene disposto su un apposito cassetto basculante che, una volta chiuso, viene fotografato da un’apposita fotocamera posta all’interno dell’apparecchio, in condizioni di posa standardizzate; a questo punto i dischi di mela vengono isolati digitalmente dallo sfondo e ciascun disco è validato secondo una serie di criteri morfologici. I dischi di mela che non soddisfano i criteri prestabiliti di forma e grandezza sono automaticamente esclusi da ulteriori analisi. I dischi validi sono soggetti ad una analisi graduale della varianza basata sulla luminosità dei pixel, mentre un valore limite della luminosità determina la zona di reazione da quella di non reazione alla soluzione Lugol. La sezione del frutto reattiva allo iodio viene successivamente convertita in unità IDA (1-5) utilizzando un set di funzioni di conversione.

Obiettivi di questo studio sono:

  • valutare tra diversi esperti la soggettività nel determinare l’indice di degradazione dell’amido per gli stessi campioni;
  • valutare l’accuratezza dell’amidometro per la determinazione dell’IDA;
  • sondare possibili applicazioni del metodo per la rilevazione automatica dell’IDA e del suo potenziale impiego pratico, fornendo così al settore frutticolo un metodo obiettivo, ripetibile ed economico per la valutazione dello stato di degradazione dell’amido (IDA).

Soggettività della valutazione visiva
e influenza della varietà

A seconda dell’intensità e della superficie colorata, i campioni vengono valutati tramite confronto visivo con scale di riferimento. Tuttavia, la percezione dell’intensità e delle sfumature dei colori per l’essere umano è molto soggettiva, specialmente nei casi di asimmetria. Ad un panel di 8 valutatori esperti sono state date in esame una serie di 17 foto di dischi di mela con differenti stadi di maturazione e diversi ‘pattern’, di tipo sia radiale che circolare. Le differenze tra i valutatori variavano, a seconda del grado di maturazione, in un range compreso da 0,4 a 1,2 (scala Laimburg 1-5) con la maggioranza di valutazioni (95%) comprese in un range di ±0,5 punti (Fig. 1), ovvero ±10% della scala. Inoltre, è stata analizzata la ripetibilità della performance dei singoli valutatori facendo loro valutare le stesse foto due mesi dopo; sebbene la ripetibilità media di tutti i valutatori si aggirasse su ± 0,3 per il 95% dei casi, la maggior discrepanza nel ripetere la valutazione della stessa foto considerando i singoli valutatori ammontava a 1,1 unità.
Nonostante la media degli esperti valuti accuratamente, i valori individuali variano considerevolmente. Ciò deve essere tenuto in considerazione, dato che raramente è possibile affidare il compito a molti valutatori per trarne un valore medio attendibile.

I “pattern” di degradazione dell’amido

Occorre anche tener conto dell’influenza della genetica e quindi della varietà sul modo (“pattern”) di degradazione dell’amido. Per questo il Centro di Sperimentazione Laimburg ha studiato e descritto una serie di modelli, per ogni varietà, ricavandone sei gruppi: A) Red Delicious; B) Golden Delicious, Cripps Pink-Rosy Glow-Pink Lady®, Scilate-Envy® e MC38-Crimson Snow®; C) Scifresh-Jazz® e Bonita; D) Minneiska-Sweetango®; E) Braeburn; F) Nicoter-Kanzi®. Esempi di diversi modelli di degradazione dell’amido sono mostrati nel box all’interno di questa nota.
Sebbene siano stati identificati 6 modelli tipici e differenti di degradazione dell’amido, i risultati dell’indice assegnato dagli stimatori visivi e dall’amidometro non differivano in modo significativo per i diversi gruppi di modelli, rendendo così non necessaria la separazione degli algoritmi in base ai modelli di degradazione.

Determinazione obiettiva dell’IDA
tramite analisi digitale dell’immagine

Nel tentativo di migliorare la valutazione dello stadio di maturazione dei frutti è stato messo a punto lo strumento già citato e già commercialmente disponibile (Amilon, Isolcell), che attraverso l’analisi dell’immagine permette di calcolare l’intensità e l’estensione della colorazione dei dischi di mela imbibiti nella soluzione Lugol. I valori messi a confronto con le valutazioni visive di un panel di esperti del CS Laimburg, dopo alcuni anni di sviluppo, hanno ottenuto un elevato grado di correlazione con R2 >0,8, indistintamente dalla cultivar (Tab. 2). Al fine di valutare il grado di concordanza tra l’esame visivo e la stima dell’amidometro, i risultati sono stati analizzati statisticamente con il metodo Bland Altman. In questo tipo di analisi grafica (Fig. 3) le differenze tra i valori determinati con le due tecniche (asse y) sono contrapposte alla media dei due valori (asse x). Il ‘bias’ rappresenta l’errore medio tra i due metodi, rappresentato da una linea orizzontale nel centro del grafico. Più il valore ottenuto da un metodo risulta simile al valore atteso, più il ‘bias’ sarà vicino a zero. Diversamente, se il valore non è vicino a zero significa che i due metodi stanno riproducendo risultati differenti. L’accuratezza è definita dall’intervallo di confidenza che include il 95% di tutti gli errori attorno al ‘bias’ (±1,96 volte la deviazione standard del ‘bias’) ed è rappresentato dalle linee rosse all’estremità del grafico (Fig. 2). L’area all’interno delle due linee corrisponde al range entro il quale varia il valore stimato nel 95% dei casi. Se la pendenza della linea di regressione (trend) del ‘bias’ (linea tratteggiata verde in Fig. 3) non fosse orizzontale come in questo caso, l’errore sarebbe sbilanciato; inoltre, se la correlazione Rtrend fosse elevata (> 0,5) l’errore potrebbe essere sistematico (Tab. 2).

Nella grafica esplicativa (Fig. 3), per una varietà rappresentativa quale Golden Delicious, il valore dell’indice di degradazione dell’amido stimato dall’amidometro è apparso molto simile a quello dato dall’esame visivo degli esperti, con un ‘bias’ minimo (0,09) e un’accuratezza dello ±0,58. Questa variabilità nella scala Laimburg 1-5, in alcuni casi, può significare che i frutti invece che essere raccolti ad uno stadio di maturazione ottimale vengono raccolti o troppo presto o troppo tardi. Pertanto, per quanto riguarda la qualità del post-raccolta, la discrepanza tra i due metodi può rivelarsi talora leggermente elevata. Tuttavia, abbiamo dimostrato che anche la stima effettuata da valutatori esperti può differire in un range similare di ±0,5 unità, e di ±0,3 unità per la ripetibilità di ciascun esperto.

La media del ‘bias’ per tutte le cultivar, cioè di tutte le differenze tra l’analisi visiva e l’analisi digitale, differisce dallo zero ideale solamente di circa +0,03 unità, con una leggera sottostima di valutazione da parte dell’amidometro, mentre l’accuratezza di stima del ‘bias’ varia del ±0,55 per tutte le varietà prese in considerazione.
Il fatto che l’accuratezza dell’analisi con l’amidometro somigli a quella della valutazione visiva degli esperti per tutte le varietà di rilevanza commerciale (Tab. 2), dimostra il possibile impiego dell’amidometro nella prassi per la valutazione oggettiva dell’IDA, poiché comparando i risultati dell’amidometro con quelli di diversi valutatori i risultati ottenuti dall’amidometro includono inevitabilmente anche l’errore umano.

Conclusioni: interpretare l’IDA

La stima dell’indice di degradazione dell’amido (IDA) riveste a tutt’oggi un ruolo chiave a livello mondiale in tutte le aree di produzione melicola per determinare l’epoca di raccolta ottimale per la frigoconservazione a lungo termine. Questi valori ideali dell’IDA sono specifici per ogni cultivar e zona pedoclimatica, perciò vengono elaborati, aggiornati e dispensati annualmente, per esempio dal CS Laimburg per l’Alto Adige (Tab. 1). L’IDA è un parametro ben correlato alla maturazione fisiologica delle mele e in molti casi permette di predire per il periodo di frigoconservazione eventuali insorgenze di alterazioni fisiologiche (vedi il riscaldo superficiale) o patologiche (es. gloeosporiosi). Applicando altri parametri sarebbe possibile effettuare determinazioni della finestra di raccolta più accurate o perlomeno più correlate al complesso fenomeno della maturazione del frutto.

Fig. 3 - Grafico ‘Bland Altman’ esemplificativo. Confronto tra valutazione visiva e digitale (Amilon) dell’indice di degradazione dell’amido nella cv. Golden Delicious.

Si tratta della determinazione della fase climaterica misurando l’insorgenza dell’ormone della maturazione, cioè l’etilene, oppure osservando l’aumento dell’attività respiratoria, oppure in alternativa l’espressione molecolare di geni specifici. Tuttavia, nessuna di queste alternative è così veloce, semplice e di risultato immediato come l’IDA. Però per la valutazione visiva dell’IDA è necessario che l’addetto sia stato allenato ed abbia acquisito una certa esperienza e continui a confrontarsi nell’ambito di un panel di esperti di referenza, data la difficoltà per il valutatore di dover assegnare punteggi a singole immagini in modo obiettivo e ripetibile. La difficoltà aumenta considerando l’osservazione qui presentata che il degrado dell’amido non segue lo stesso modello per ogni cultivar, anzi sono stati identificati 6 modelli per 10 cultivar rappresentative sui mercati attuali.

È proprio qui che entra in gioco il ruolo fondamentale dell’amidometro sviluppato in primis come strumento capace di garantire una valutazione obiettiva del valore dell’IDA, come ci si potrebbe aspettare solo da un gruppo di valutatori esperti e allenati. Inoltre, l’apparecchio offre il vantaggio della ripetibilità della analisi, difficile da immaginare per una persona umana poiché naturalmente soggetta a variabilità (stanchezza, calo di concentrazione, umore, ecc.). Secondariamente, questo amidometro permette l’archiviazione dei dati sia come immagini digitali, sia come risultati numerici.

L’attività di sviluppo ha avuto lo scopo di fornire uno strumento i cui dati ben rispecchiano quelli ottenuti con la valutazione visiva classica, non rendendo pertanto necessaria alcuna correzione dei valori degli indici di maturazione varietale.

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Rimanendo questi ancora validi e attuali possono essere consultati anche da persone non esperte. Tuttavia, l’esperienza è necessaria per una valutazione integrata dei parametri di maturazione onde determinare l’epoca di raccolta corretta. È importante ricordare che la velocità di degradazione dell’amido dipende non solo dalla maturazione, ma da molti altri fattori, quali principalmente il carico dell’albero, l’andamento climatico stagionale e le escursioni termiche nel periodo di maturazione. Alberi con carico di frutti elevato tenderanno ad accumulare meno amido che verrà degradato più velocemente; al contrario, alberi con carico di frutti più scarso accumuleranno maggiori quantità di amido che saranno poi trasformate in zuccheri più lentamente. Per questi motivi è importante non solo valutare correttamente il valore dell’IDA, ma anche saperlo interpretare, confrontandolo con altri indici di maturazione quali la durezza della polpa, oltre ai parametri qualitativi quali contenuto zuccherino, acidità e colore di fondo e/o di copertura.

Sebbene l’utilizzo di questo strumento costituisce un passo avanti per la determinazione obiettiva dell’epoca di raccolta, gli esperti sono ancora inevitabilmente necessari per l’interpretazione dei valori IDA ottenuti e per l’integrazione con gli altri parametri, sia di maturazione fisiologica (Tab. 1), sia di qualità commerciale quali colore e pezzatura, al fine di garantire un’elevata qualità del raccolto anche a lungo termine.

Leggi l’articolo completo di tabelle su Frutticoltura n. 8/2019 

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Amidometro, strumento per valutare lo stato di maturazione delle mele - Ultima modifica: 2019-10-10T10:22:56+00:00 da Lucia Berti

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