di Grazia Trebbi English version here
Il linguaggio delle forme cristalline: confronto fra prodotti biologici e non-biologici
Dott.ssa Grazia Trebbi
Introduzione
Secondo il Regolamento UE 2018/848 la produzione biologica è un sistema di gestione sostenibile volto a produrre alimenti con sostanze e processi naturali. Tale metodo incoraggia a rispettare i cicli naturali, migliorare la qualità dei suoli, delle acque e dell’aria, preservare gli equilibri degli ecosistemi ed assicurare un impiego responsabile dell’energia e delle risorse naturali. Negli ultimi anni il settore dell’agricoltura biologica nell’Unione Europea (UE) si è sviluppato rapidamente: nel 2022 la superficie destinata a tale produzione agricola ha raggiunto i 16,9 milioni di ettari (ha), rappresentando il 10,5% del totale della superficie agricola utilizzata (Eurostat 2024). In particolare, in Italia nel 2023 la superficie convertita al biologico e quella in conversione ha raggiunto quasi i 2,5 milioni di ha, posizionandosi al terzo posto dopo Spagna e Francia. In Figura 1 è mostrata la distribuzione in UE della superficie dedicata al biologico.
Il mercato del biologico è in continuo sviluppo soprattutto grazie alla crescente domanda dei consumatori i quali, secondo l’indagine dell’Eurobarometro sull’agricoltura dell’UE e la PAC (Politica Agricola Comune), attribuiscono sempre più importanza agli alimenti biologici, confidando che essi siano più conformi a norme specifiche su pesticidi, fertilizzanti e antibiotici, più rispettosi dell’ambiente e del benessere degli animali (Commissione Europea 2024). Considerato quindi questo elevato interesse, la legislazione ha previsto delle norme a tutela dei consumatori, che in tal modo vedono assicurata l’autenticità e la conformità del prodotto. La garanzia è data da un sistema di certificazione gestito da organismi di controllo autorizzati che verificano il rispetto delle normative europee. Tale processo comprende l’analisi documentale e controlli ispettivi periodici in azienda, che possono prevedere anche la raccolta di campioni per le analisi chimiche. Queste ultime includono la ricerca di residui di sostanze chimiche di sintesi come i pesticidi, la quantificazione di contaminanti come nitrati, fosforo e metalli pesanti, l’analisi di sostanze come azoto e polifenoli (che possono differire tra prodotti biologici e non biologici) e la misurazione del tenore di ingredienti biologici nei prodotti trasformati/processati (almeno il 95% per assicurare il rispetto della normativa). Tale sistema di controllo dunque garantisce la genuinità del prodotto e la sua conformità a specifiche modalità di produzione.
Considerando però la produzione biologica in termini di qualità alimentare, il dibattito relativo alla effettiva superiorità qualitativa dei prodotti biologici rispetto a quelli non biologici è tuttora aperto e attuale, poiché il concetto di qualità è complesso e può assumere significati diversi a seconda dei differenti punti di vista. Esistono infatti molteplici aspetti legati alla qualità dei prodotti alimentari: quelli di natura intrinseca, che possiamo valutare usando i sensi come colore, aspetto, sapore e odore e quelli di natura estrinseca, che non sono tangibili ma che fanno comunque parte del prodotto, come l’origine, il metodo di produzione, la sostenibilità ambientale e l’etica (Espejel et al 2007). Se dal punto di vista della sicurezza la qualità dei prodotti biologici è garantita da normative rigorose che vietano l’uso di pesticidi, fertilizzanti chimici e OGM (i prodotti biologici tendono ad avere meno residui di pesticidi e sostanze nocive), dal punto di vista nutrizionale la differenza rispetto ai prodotti non biologici è discussa: infatti, le prove disponibili per trarre conclusioni definitive rimangono ancora limitate a causa sia della presenza di bias (errori sistematici) e variabili confondenti negli studi disponibili, sia della breve durata della maggior parte di essi (Giampieri et al 2022; Rahman et al 2024). Inoltre, molti lavori scientifici che studiano la qualità nutrizionale dei prodotti alimentari si basano sulla quantificazione analitica dei singoli nutrienti isolati, i cui valori sono riportati nelle tabelle nutrizionali, e sulla valutazione dei loro effetti sulla salute mediante un approccio causa-effetto (relazione tra un evento, la causa, e il risultato che ne deriva, l’effetto). Tale criterio si inquadra all’interno di una visione riduzionista, che tende a considerare un essere vivente come la mera somma delle singole componenti legate fra loro da relazioni causa-effetto. Ma ad uno sguardo più attento, la questione è un po’ più complicata, perché l’organismo vivente è molto più del semplice insieme dei singoli ingredienti. Da una prospettiva di biologia sistemica, infatti, esso può essere considerato come un insieme coerente, sinergico e altamente complesso (Sauer et al 2007): la pianta o l’animale da cui ha origine il cibo va dunque visto come “l’intera pianta” o “l’intero animale” dotato di caratteristiche quali forma, autoregolazione e resilienza. L’auto-regolazione è intesa come la capacità degli organismi di adattare e mantenere vari parametri fisiologici e biologici a livelli relativamente costanti, mentre la resilienza è intesa come “elasticità”, ossia la capacità di affrontare le sfide, resistendo e riprendendosi da un evento avverso attraverso l’adattamento e la crescita. Occorre dunque allargare la prospettiva e considerare l’alimento non solo dal punto di vista riduzionista come combinazione di nutrienti, ma anche secondo una visione olistica come prodotto “dell’intera pianta” o “dell’intero animale” e fonte attiva di nutrimento che può influenzare l’equilibrio tra corpo, mente e spirito. In quest’ottica il prodotto alimentare potrà essere caratterizzato anche da una “qualità olistica”, che lo rappresenta nella sua totalità, includendo non solo la sostanza materiale di cui è composto, ma anche le “qualità interne” come integrità e vitalità insite in esso. La vitalità indica il modo in cui l’autoregolazione di un organismo esprime la sua capacità di adattarsi e crescere a seguito di una condizione sfavorevole. Essa può essere correlata al prodotto stesso o all’effetto del prodotto sul consumatore (Kahl et al 2012). Appare evidente che le analisi chimiche basate su un approccio quantitativo riduzionista sono inadeguate per rilevare un tale livello di qualità; serve dunque un diverso metodo di valutazione in grado di visualizzare qualitativamente nella sua interezza il campione da analizzare. Una proposta in tal senso è rappresentata dalle analisi morfologiche-qualitative basate sullo studio delle strutture e delle forme (Trebbi 2025). Tali metodiche hanno lo scopo di caratterizzare da un punto di vista morfologico il prodotto da saggiare ed evincere dalle strutture formative informazioni qualitative sul prodotto stesso. Lo scopo del presente lavoro è quello di evidenziare e descrivere eventuali differenze fra prodotti biologici e non biologici proprio attraverso l’applicazione di tali tecniche, in particolare attraverso il metodo cristallografico dell’evaporazione delle gocce (Droplet Evaporation Method, DEM).
Il metodo di evaporazione delle gocce (DEM)
Il DEM è basato sulla formazione di patterns (modelli formativi) cristallini indotti dal processo di evaporazione: il campione in forma liquida è posto su un substrato e lasciato essiccare (Kokornaczyk et al 2011). Durante la transizione di fase del solvente, le particelle di materia eventualmente presenti si auto-assemblano sotto l’azione di diverse forze fisiche, formando al bordo della goccia o al suo interno strutture cristalline dalle forme più o meno complesse e con diverso grado di ordine. Il modo in cui le particelle si auto-organizzano definisce il pattern morfologico che si origina al termine della fase di evaporazione. La creazione di tali modelli formativi dipende non solo dalle dinamiche di flusso durante l’evaporazione, ma anche dalle condizioni ambientali esterne (temperatura, umidità relativa, idrofilia/idrofobicità del substrato, pressione e radiazione UV) ed interne alla goccia, relative alla sua composizione (tensione superficiale, bagnabilità, viscosità, forza ionica, dispersione dei colloidi e conduttanza termica) (Zang et al 2019; Wilson e D’Ambrosio 2023). Quando tuttavia le gocce sono fatte evaporare nello stesso ambiente in condizioni controllate, il loro processo di essiccazione dipende esclusivamente dalla composizione del liquido. Pertanto, una sua leggera differenza porta a cambiamenti nella transizione di fase durante il processo di essiccazione e, di conseguenza, a un pattern diverso. Questa estrema sensibilità del processo di formazione del pattern alla composizione del liquido rende idoneo il metodo DEM all’analisi della qualità di prodotti agricoli e alimentari. Una prova preliminare condotta in cieco su una serie di prodotti biologici e non-biologici fra i quali cereali, frutta, ortaggi, uova, latte e vino ha evidenziato che il DEM è in grado di discriminare fra i gruppi bio/non-bio nell’86,7 % dei casi analizzati (Kokornaczyk, comunicazione personale).
Brevemente, dal punto di vista metodologico, il protocollo sperimentale prevede la deposizione delle gocce del campione da saggiare su vetrini porta-oggetto, la loro evaporazione in condizioni controllate, l’osservazione dei residui essiccati al microscopio ottico, la fotografia dei pattern ottenuti ed infine la loro valutazione (Trebbi 2025). Per quanto riguarda l’analisi delle immagini, essa può essere effettuata tramite un approccio “soggettivo”, mediante l’osservazione visiva e descrittiva dei patterns da parte dell’osservatore, e/o tramite un approccio “oggettivo” attraverso un’analisi computerizzata con l’ausilio di un software di elaborazione di immagine. L’approccio soggettivo è basato sulla percezione visiva e permette di ottenere una valutazione qualitativa dell’immagine nella sua globalità attraverso l’identificazione e la descrizione delle forme e dei patternspresenti. L’approccio oggettivo è basato sull’elaborazione computerizzata e permette di ottenere una valutazione quantitativa dell’immagine, visualizzabile attraverso la creazione di grafici e tabelle. I parametri che possono essere considerati in un’analisi morfologica sono molteplici e comprendono la complessità, l’eterogeneità, l’ordine, la simmetria, i descrittori dimensionali, le relazioni che s’instaurano tra le parti e il tutto come le continuità o le discontinuità, ecc … L’analisi soggettiva od oggettiva di tali aspetti fornisce una valutazione qualitativa morfologica globale del campione analizzato.
Analisi DEM: confronto fra prodotti biologici e non-biologici
In questa sezione è presentata una serie di immagini di strutture cristalline ottenute da diverse tipologie di prodotti non trasformati (frumento, cece e noce) e più o meno lavorati (vino, succo di mela, composta di mirtilli) al fine di valutare gli effetti del metodo di coltivazione sulla capacità di cristallizzazione. Nel caso del frumento vengono mostrate anche alcune immagini relative all’effetto della concimazione chimica sul suolo. Per ciascun prodotto viene proposta in questa sede una descrizione qualitativa visiva dell’immagine più rappresentativa scelta sulla base della maggiore ripetibilità dei patternspresenti: i risultati ottenuti forniscono un’indicazione preliminare e un punto di partenza per ampliare le conoscenze sul metodo DEM e le sue potenzialità applicative in campo agricolo. Inoltre, la valutazione visiva o tramite software dell’insieme delle immagini ottenute nelle prove sperimentali può fornire un’ampia base di dati da sottoporre ad un’approfondita analisi statistica (qui non riportata perché esula dallo scopo del presente articolo), permettendo di interpretare i risultati e verificare o meno le ipotesi di partenza.
Per quanto riguarda i prodotti non trasformati, la Figura 2 mostra alcune immagini relative a strutture cristalline di semi di cereali, in particolare di frumento tenero coltivato in regime biologico e non biologico. Ad un primo sguardo si può percepire il diverso grado di complessità strutturale che caratterizza i due campioni; in quello biologico (Figura 2A) è possibile identificare un centro cristallino ben definito in cui è concentrata una maggior densità di materiale cristallizzato, organizzato in motivi dendritici simil-frattali, formati da segmenti lineari maggiormente collegati fra loro. Dendritico significa che il cristallo ha una forma ramificata simile ad un albero con diramazioni che si estendono da un nucleo centrale verso l’esterno; è inoltre simil-frattale in quanto la struttura cristallina può essere approssimata ad un oggetto frattale (un frattale è un oggetto di forma estremamente irregolare, dotato di auto-similarità: si ripete nella sua forma allo stesso modo su scale diverse e, ingrandendo una qualunque sua parte, si ottiene una figura simile all’originale). Dal centro alla periferia dell’immagine il disegno cristallino tende poi a diradarsi in singoli cristalli piccoli e isolati, per lo più a forma di croce. Al contrario, dall’osservazione del campione non biologico (Figura 2B) emerge chiaramente la mancanza di “centralità” strutturale osservata nel campione biologico; è inoltre presente una minor densità di materiale cristallizzato, organizzato in forme cristalline semplici, non raggruppate e meno complesse, il cui tratto può essere puntiforme, a foggia di croce o piccoli dendriti poco ramificati.
Un’altra famiglia di vegetali considerata è quella delle leguminose; in particolare, si è analizzato il cece, di cui si riportano alcune immagini indicative in Figura 3. Come si può osservare, appare netta la differenza fra i due campioni. Nel cece da agricoltura biologica (Figura 3A) si riconosce un pattern geometrico caratterizzato da linee rette principali da cui dipartono segmenti più piccoli disposti perpendicolarmente rispetto ai principali (crescita dendritica), creando strutture “a croce”, “a pettine” o “ad antenna”. Inoltre tale motivo si ripete con dimensioni diverse, dando ragione anche della caratteristica simil-frattale del modello formativo. Ancora, è possibile osservare che le rette sono perfettamente equidistanti e parallele fra loro formando un rigido reticolo di linee che, seppur non organizzato in un disegno centrato e armonico, è a tratti ordinato e dotato di un certo grado di simmetria. Nel campione di confronto non-bio (Figura 3B) la quantità di materiale cristallizzato è nettamente inferiore, non si evidenziano strutture complesse organizzate ma sono presenti forme cristalline puntiformi piccole e singole, non strutturate o connesse fra loro.
La Figura 4 riporta alcune immagini rappresentative delle strutture cristalline di campioni di noce da agricoltura biologica e non biologica. Le forme cristalline presenti nel campione biologico sono variegate e comprendono sia strutture a lemniscata (forma a otto rovesciato, utilizzata in matematica come simbolo per indicare l’infinito: è un tipo di curva chiusa, simmetrica e rappresentativa di sviluppo, equilibrio, armonia e unità, Figura 4A) sia motivi a linee curve che si intrecciano fra loro secondo uno schema che ricorda la ramificazione elicoide o a grappolo delle infiorescenze cimose e racemose, meglio evidenziabile in Figura 5.
In entrambi i casi il disegno cristallino è caratterizzato da simmetria, equilibrio, proporzione e armonia, che nell’insieme trasmettono una sensazione di completezza e ordine. Nel caso invece del campione non biologico (Figura 4B), si osserva la presenza di strutture cristalline singole, isolate e non organizzate in un pattern definito e ben riconoscibile.
Oltre ai prodotti non trasformati, il DEM è stato applicato anche ad alcuni alimenti che hanno subito una minima trasformazione, come il vino, il succo di mela e la composta di mirtilli. In Figura 6 sono mostrate alcune immagini relative a strutture cristalline derivate da campioni di vino rosso (Cabernet) e bianco (Pignoletto), biologico e non biologico. Nei campioni biologici è possibile osservare la presenza di diverse forme che nel loro insieme creano un disegno armonioso, equilibrato, ordinato e gradevole da guardare. Ad esempio, la forma a stella in Figura 6A è caratterizzata da una simmetria pentaraggiata quasi perfetta in cui i raggi sembrano rispettare precise relazioni e proporzioni; non solo, ma le ramificazioni secondarie che nascono da tali raggi e quelle terziarie, più piccole, che si generano da questi ultimi sono in una relazione di equivalenza ben definita, risultando paralleli e creando una struttura simil-frattale. Ancora, le strutture osservabili in Figure 6B sono caratterizzate da linee curve che si intrecciano fra loro secondo uno schema preciso e proporzionato (come osservato anche nel campione di noce) che, proponendo ai nostri sensi un equilibrio armonico di forme, suscitano in noi un’emozione estetica e stimolano il senso del bello, evocando al contempo sensazioni di dinamismo e movimento.
Invece, i disegni cristallini creati dai vini di confronto non biologici presentano, nel caso del vino rosso (Figura 6C), strutture di ampio spessore che possono essere più o meno circolari (a globulo) o allungate (a bastoncello), con margini irregolari. Tali forme non presentano ramificazioni dendritiche simil-frattali, ma sembrano piuttosto ammassi di materiale apparentemente privi di uno specifico motivo strutturale. Nel caso del vino bianco (Figura 6D), il materiale cristallizzato presente tende a formare strutture dai contorni poco netti e precisi: si riescono ad intravedere strutture di ampio spessore, allungate, a forma bastoncellare, caratterizzate da setti trasversali e con qualche ramificazione. Tuttavia, in generale il disegno finale è poco definito, non è organizzato in un modello strutturale simmetrico, ordinato, ben riconoscibile e ripetibile.
Per quanto riguarda il succo di mela, alcune immagini indicative dei campioni biologici e non biologici sono mostrate in Figura 7. Il confronto evidenzia la presenza nel campione biologico di un modello formativo arborescente ben definito, caratterizzato da segmenti retti da cui dipartono ramificazioni secondarie, che a loro volta danno origine a rami terziari (pattern dendritico simil-frattale); nel campione non biologico si assiste ad un tentativo della materia di auto-organizzarsi in un pattern, ma esso risulta incompleto, parziale e frammentario. Infatti, accanto ad aree in cui le particelle tendono a strutturarsi in un modello dendritico riconoscibile, sono evidenti ampie zone dove i cristalli sono ridotti ad ammassi informi, densi, più o meno grandi o a singole strutture allungate dai contorni irregolari.
Infine, in Figura 8 sono riportate alcune immagini rappresentative di cristalli ottenuti da campioni biologici e non biologici di composta di mirtilli. Le immagini del campione biologico evidenziano un motivo strutturale a linee curve che tendono a formare lemniscate o cerchi/semicerchi che si intrecciano fra loro terminando con ramificazioni che ricordano la forma di un ventaglio. Anche in questo caso il disegno finale, dotato di un certo grado di ordine e simmetria, evoca movimento e dinamismo. Al contrario, i residui del campione di composta di mirtilli non biologica (Figura 8B) presentano una morfologia molto più eterogenea, disordinata e asimmetrica rispetto alla precedente: in particolare, si osserva la presenza di materiale fitto e denso, al cui interno sono presenti in maniera disomogenea altre strutture allungate, rette, a “bastoncello” disposte in maniera casuale, confusa, e caotica.
Oltre a verificare gli effetti del metodo di coltivazione su diverse tipologie di prodotto, il DEM è stato applicato anche per valutare gli effetti della concimazione chimica. Tale concimazione è basata sull’uso di fertilizzanti chimici di sintesi e utilizzata nei sistemi di coltivazione non biologici. E’ noto che un uso eccessivo di fertilizzanti chimici può indurre acidificazione del suolo con conseguente riduzione del contenuto di sostanza organica, di humus e del numero di organismi benefici (Chali Abate 2023). Il loro impiego dunque non è in linea con i principi della produzione biologica, che prevede l’utilizzo di sostanze naturali (effluenti di allevamento o sostanza organica preferibilmente compostati e di produzione biologica), di concimi e ammendanti autorizzati. Nell’ambito applicativo del DEM, risulta interessante verificare se la concimazione chimica abbia un effetto non solo sul suolo ma anche sul prodotto finale. A tal fine è stata condotta una prova sperimentale coltivando frumento tenero su suoli diversamente concimati e valutando l’effetto dei diversi livelli di concimazione sulla capacità di cristallizzazione dei semi (Kokornaczyk, comunicazione personale). I risultati sono riportati in Figura 9, che mostra le strutture cristalline derivanti da semi coltivati in suoli con tre livelli crescenti di concimazione (Figura 9, 1-3) rispetto a un suolo non concimato (Figura 9, 0). Si può osservare che la struttura cristallina del campione a zero-concimazione è caratterizzata da un pattern complesso ma ordinato e riconoscibile. Le singole particelle cristalline si susseguono senza soluzione di continuità in modo continuo e ininterrotto, connettendosi fra loro a formare un’unica ampia struttura ad andamento dendritico simil-frattale. Al contrario, nelle immagini dei semi ottenute dalle piante che hanno ricevuto la concimazione chimica si osserva che a mano a mano che i livelli aumentano le strutture cristalline cominciano a perdere la forma dendritica simil-frattale, diventando sempre più frammentarie e puntiformi. Esse appaiono incomplete, disorganiche, disunite e slegate: sono prive di ordine, non è più distinguibile il motivo strutturale di base e viene meno la coesione e i legami fra le particelle. Tale risultato può essere interpretato come una diminuzione della capacità di auto-organizzazione della materia contenuta nei campioni derivanti da terreni concimati chimicamente.
Conclusioni
Sulla base delle osservazioni sui campioni analizzati finora, è possibile suggerire che le forme cristalline derivanti dai prodotti biologici sono più complesse, ordinate e simmetriche rispetto a quelle dei campioni non biologici e, combinandosi armonicamente in patterns strutturali, danno origine in noi ad una emozione estetica e al senso del bello. La capacità formativa della materia, cioè il modo in cui essa si struttura in una forma cristallina più o meno complessa e armoniosa, può essere interpretata come la manifestazione della proprietà di auto-organizzazione della materia volta a mantenere e proteggere la propria integrità di forma. Gli stessi organismi viventi sono costantemente impegnati a salvaguardare la propria integrità dalle molteplici influenze esterne. La ricerca in agricoltura biologica parte proprio dall’ipotesi che le pratiche di coltivazione (concimazione, lavorazione del terreno, varietà di semi, ecc.) influenzino il grado in cui un organismo può mantenere la propria integrità, e questo ha una forte correlazione con la salute dell’organismo, sia esso vegetale, animale o umano (Velimirov et al 2010): un prodotto alimentare coltivato rispettando l’ambiente e i cicli naturali verrebbe arricchito di quel “quid qualitativo” esprimibile come una maggiore vitalità, che potrebbe tradursi nella creazione di strutture cristalline dalla forma integra, armoniosa, equilibrata e generatrice di incanto e suggestioni piacevoli. Alimentarsi con cibi che abbiano questa caratteristica potrebbe avere ricadute benefiche e positive sul benessere fisico, mentale e spirituale di noi consumatori, contribuendo al mantenimento del delicato equilibrio di queste tre dimensioni. In tale ambito, il metodo DEM si è rivelato uno strumento idoneo per la valutazione di questa capacità e, più in generale, della qualità olistica dei prodotti agro-alimentari. Infatti, proprietà sistemiche come integrità, autoregolazione e vitalità non sono valutabili dai comuni metodi di analisi in quanto aspetti di una struttura organizzativa non interpretabili solo in base alle singole componenti. Un ulteriore elemento che sottolinea la potenzialità del DEM come strumento di valutazione qualitativa riguarda il tipo di output (cioè il risultato finale o l’elemento terminale di un procedimento) che si ottiene al termine del protocollo. Tale elemento non è un valore numerico, come di solito si ottiene da una misurazione quantitativa, ma è un’immagine che comunica e si esprime attraverso il linguaggio visivo. Questo tipo di linguaggio rappresenta un veicolo di comunicazione estremamente efficace; esso è universale e può essere compreso da chiunque; è immediato poiché il cervello elabora le immagini molto più velocemente rispetto al testo; è efficace nel catturare l’attenzione (un’immagine suscita interesse in pochi istanti) e favorisce una migliore memorizzazione (le persone ricordano l’80% di un contenuto visivo rispetto al solo 20% di un testo). Ancora, le immagini hanno un forte impatto emotivo, possono evocare emozioni profonde e comunicare il messaggio in modo istantaneo. Proprio attraverso questo canale comunicativo, la scelta di cibi buoni, salutari e vitali corrispondenti ad immagini belle che suscitano sensazioni gradevoli potrebbe essere promossa, stimolata e potenziata, migliorando e salvaguardando in tal modo la salute dei consumatori e premiando i produttori virtuosi che decidono di coltivare la terra e allevare animali rispettando i principi della Natura.
Per contattare l’Autrice: gtstudio1.6@gmail.com
Ringraziamenti
Desidero ringraziare la Dott.ssa Maria Olga Kokornaczyk per avermi fornito le immagini di Figura 9; i tecnici agrari Elena Zaramella e Paolo Pistis per i campioni di noci; gli agricoltori Giovanni Sassudelli e Roberto Denart per i campioni rispettivamente del succo di mela e della composta di mirtilli. Un sentito e profondo ringraziamento va alla Dott.ssa Lucietta Betti per la condivisione di idee e opinioni sui temi oggetto dello studio e per la revisione critica del presente articolo.
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