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VIOLoC
Per la qualità
di vino e olio
Sensori Lab-on-Chip e cloud per
un’analitica rapida, portabile
ed economica
Nel settore vitivinicolo ed elaiotecnico, il controllo della qualità è un fattore critico lungo tutta la filiera: dalla maturazione delle uve fino alla fermentazione e all’evoluzione del vino, così come nella produzione dell’olio. Con soluzioni avanzate che integrano sensoristica, Data Science e Chemoinformatica, l’agricoltura diventa una scienza.
Il contesto
In un contesto come quello Italiano, in cui la qualità del prodotto finale deve essere stabilmente garantita, le tecniche analitiche tradizionali non sono più sufficienti. Seppur estremamente accurate, presentano alcune limitazioni:
- richiedono laboratori attrezzati e personale specializzato
- comportano tempi lunghi di risposta
- implicano costi elevati per analisi frequenti
- non consentono monitoraggi in tempo reale direttamente in campo o in produzione
In particolare, parametri chiave come polifenoli totali e antociani risultano fondamentali per determinare qualità, maturazione e caratteristiche sensoriali, ma difficili da monitorare in modo continuo.
La sfida
L’obiettivo del progetto era rivoluzionare il controllo qualità introducendo una soluzione:
- rapida e non distruttiva
- leggera e utilizzabile direttamente in campo o in cantina/frantoio
- economicamente sostenibile
- integrata con sistemi digitali per analisi avanzate
La sfida principale consisteva nello sviluppare una tecnologia in grado di mantenere un’elevata accuratezza analitica riducendo drasticamente complessità e costi operativi. Il progetto ha portato allo sviluppo di VIOLoC, una piattaforma basata su micro-sensoristica avanzata, integrata in un sistema di cloud computing che consente analisi in tempo reale, anche direttamente in vigna o nell’oliveta.
La soluzione
1. Sensore Lab-on-Chip
Un dispositivo miniaturizzato basato su onde acustiche di superficie (SAW) in grado di rilevare variazioni molecolari nei campioni liquidi.
Caratteristiche principali:
- dimensioni compatte (chip ~1 cm²)
- analisi in tempo reale
- elevata sensibilità ai composti fenolici
- integrazione microfluidica per gestione dei campioni
È stato sviluppato anche un prototipo avanzato, Liquisens, capace di operare efficacemente in ambiente liquido grazie a onde shear-horizontal (SH-SAW).
2. Studio dei campioni
Un elemento chiave del progetto è stata lo studio di un ampio set di campioni per la calibrazione iniziale del sensore. I campioni in studio includevano mosti, vini e matrici oleicole a diversi livelli di maturazione e contenuto fenolico.
I campioni sono stati:
- prodotti tramite microvinificazioni controllate
- raccolti lungo diverse fasi del processo produttivo
- arricchiti (quando necessario) con specifici composti per ampliare il range analitico
Parallelamente, i campioni sono stati caratterizzati con tecniche di riferimento (tra cui metodi OIV, HPLC e spettroscopia FT-IR) per ottenere valori quantitativi affidabili.
3. Calibrazione modelli
I dati ottenuti dalle analisi chimiche sono stati utilizzati per costruire curve di calibrazione e per correlare il segnale del sensore ai parametri chimici reali. Questo processo ha consentito di sviluppare e addestrare modelli statistici avanzati per l’interpretazione delle misure acquisite dal dispositivo.
La qualità e la varietà del dataset hanno rappresentato un fattore determinante per garantire accuratezza, affidabilità e trasferibilità della soluzione, rendendola efficace anche in contesti operativi reali.
4. NanoAnalyzer
Un dispositivo elettronico di analisi compatto e portatile che:
- controlla il sensore LoC
- acquisisce i segnali
- consente misurazioni direttamente sul campo
Questo approccio elimina la necessità di laboratorio per molte analisi di routine.
5. Piattaforma Cloud
Sviluppata da Kode Solutions, la piattaforma consente:
- acquisizione dati tramite app mobile (VIOLoC Scanner)
- elaborazione avanzata tramite modelli statistici
- visualizzazione via web app
- gestione centralizzata delle analisi
I dati raccolti vengono così analizzati tramite modelli multivariati (es. PCA, regressioni) e confrontati con database di riferimento per trasformarli in indicatori quantitativi (es. concentrazione polifenoli).
Il ruolo degli attori coinvolti
Il progetto ha visto la collaborazione tra enti di ricerca e aziende:
- CNR-NANO: sviluppo dei sensori LoC-SAW e dell’elettronica
- Kode Solutions: sviluppo piattaforma cloud e software
- Università di Pisa e Università della Tuscia:
- preparazione campioni
- analisi chimiche di riferimento (HPLC, FT-IR, metodi OIV)
Coinvolte anche aziende vitivinicole (tra cui Sensi Vigne e Vini) per la fornitura dei campioni e la validazione in condizioni reali.
Risultati
La soluzione introduce un cambio di paradigma nell’analitica di settore con analisi in tempo reale, direttamente in vigneto, cantina o frantoio senza passaggi intermedi. Durante il progetto sono stati ottenuti risultati significativi:
- sviluppo di sensori altamente sensibili ai polifenoli
- validazione su campioni reali e artificiali
- correlazione tra segnali del sensore e concentrazioni chimiche
- realizzazione di un sistema portatile funzionante
- implementazione di una piattaforma cloud completa
L’adozione della piattaforma consente alle aziende di:
- migliorare la qualità del prodotto finale
- ottimizzare i processi produttivi
- ridurre i costi operativi
- aumentare la sostenibilità
In prospettiva, soluzioni di questo tipo aprono la strada a una agricoltura ed enologia di precisione, basata su dati continui e analisi avanzate. Il progetto VIOLoC dimostra come l’integrazione tra sensoristica avanzata, data analytics e cloud computing, possa trasformare radicalmente il controllo qualità nel settore agroalimentare.
