Le micotossine prodotte da Alternaria rappresentano un rischio per diverse filiere agroalimentari, possono comparire come contaminanti naturali e contribuire all’esposizione del consumatore. Nel caso del pomodoro e dei suoi trasformati, le valutazioni di rischio dell’Autorità Europea per la Sicurezza Alimentare (EFSA) hanno richiamato l’attenzione sulla possibile presenza di tossine di Alternaria. In questo contesto, la presente tesi affronta il rischio di contaminazione naturale da micotossine di Alternaria nella filiera industriale del pomodoro, integrando tecniche analitiche di controllo del processo di trasformazione con un approccio di mitigazione sostenibile del rischio per limitare l’impiego di fungicidi chimici e con l’obiettivo di supportare decisioni operative in campo industriale. Un primo argomento di ricerca ha riguardato lo sviluppo e la validazione di un approccio basato su spettroscopia nel vicino infrarosso (NIR) per il controllo della qualità in ambiente industriale nella filiera dei trasformati di pomodoro. Spettri acquisiti su campioni di filiera sono stati integrati con misure di riferimento per costruire e aggiornare calibrazioni multivariate orientate alla stima non distruttiva di parametri tecnologici e di processo. Tra i principali risultati, i modelli hanno mostrato prestazioni dipendenti dalla tipologia di prodotto e dalla numerosità campionaria, evidenziando la necessità di un aggiornamento strutturato per mantenere la robustezza in condizioni operative.Il secondo argomento di studio è stato dedicato ad aspetti analitici legati alle tossine di Alternaria in prodotti derivati dal pomodoro, con attenzione alle criticità introdotte dalla complessità dell’estratto e dalla co-estrazione non target in approcci di tipo QuEChERS. In questo studio è emerso che la composizione dell’estratto e la co-estrazione di componenti non target possono influenzare l’affidabilità del segnale e la sua interpretazione, rafforzando l’importanza di valutare la robustezza metodologica in matrici industriali. Il terzo studio ha esplorato idrolizzati proteici vegetali ottenuti per fermentazione con Bacillus amyloliquefaciens o Trichoderma reesei e formulati in polvere mediante spray-drying, valutandone l’attività antifungina in vitro verso ceppi di Alternaria e la risposta metabolica del fungo. L’attività antifungina, valutata con diffusione in agar e microdiluizione (MIC/MFC), ha evidenziato un comportamento fortemente ceppo-dipendente e differenze tra i due fermentati in funzione del test. In parallelo, l’analisi dei metaboliti non volatili (UHPLC–QTOF) e dei composti volatili (HS-SPME/GC) ha mostrato una rimodulazione dei profili metabolici dipendente dal tempo e dal trattamento. Nel controllo su PDA sono risultati evidenti segnali associati a metaboliti di interesse tossicologico, tra cui l’acido tenuazonico, mentre nelle condizioni trattate tali segnali risultano attenuati. Nel profilo non volatile, alcune variabili annotate come tossine host-selective compaiono in modo selettivo in una delle condizioni trattate, indicando che l’effetto del formulato può associarsi non solo a riduzioni quantitative ma anche a riorganizzazioni specifiche della risposta fungina. Nel complesso, la tesi propone un quadro integrato in cui rischio micotossicologico e controllo qualità sono affrontati con un approccio multimetodologico: modelli NIR per il monitoraggio rapido, valutazioni analitiche legate alla complessità degli estratti e sperimentazione in vitro di fermentati proteici come strumenti di mitigazione. I risultati indicano che la valutazione di strategie sostenibili può beneficiare di una lettura congiunta di efficacia antifungina e rimodulazione metabolica, considerando non solo la crescita fungina ma anche i cambiamenti del metabolismo secondario e del profilo dei composti volatili, in prospettiva di trasferibilità applicativa.
Mycotoxins produced by Alternaria represent a risk across multiple agri-food chains, as they may occur as natural contaminants and contribute to consumer exposure. In the case of tomatoes and tomato-based products, risk assessments by the European Food Safety Authority (EFSA) have highlighted the potential occurrence of Alternaria toxins and the need for appropriate analytical and control tools along the processing chain. Within this context, this thesis addresses the risk of natural contamination by Alternaria mycotoxins in the industrial tomato processing chain, integrating analytical approaches for process control with a sustainable risk-mitigation perspective aimed at limiting the use of chemical fungicides and supporting operational decision-making in industrial settings. A first research line focused on the development and validation of a near-infrared (NIR) spectroscopy-based approach for quality control in an industrial environment within the tomato processing chain. Spectra collected from process-chain samples were integrated with reference measurements to build and update multivariate calibrations aimed at the non-destructive estimation of technological and process parameters. The models showed performances that depended on product type and sample size, highlighting the need for structured updating to maintain robustness under operational conditions. The second study addressed analytical aspects related to Alternaria toxins in tomato-derived products, with specific attention to the challenges introduced by extract complexity and non-target co-extraction in QuEChERS-type approaches. The results indicated that extract composition and the co-extraction of non-target components can affect signal reliability and its interpretation, reinforcing the importance of systematically assessing methodological robustness in industrial matrices. The third study explored plant protein hydrolysates obtained by fermentation with Bacillus amyloliquefaciens or Trichoderma reesei and formulated as powders by spray drying, assessing their in vitro antifungal activity against Alternaria strains and the fungal metabolic response. Antifungal activity, evaluated by agar diffusion and microdilution (MIC/MFC), showed a strongly strain-dependent behaviour and differences between the two fermented products depending on the assay. In parallel, the analysis of non-volatile metabolites (UHPLC–QTOF) and volatile compounds (HS-SPME–GC) showed a time- and treatment-dependent remodulation of metabolic profiles. In the PDA control, signals attributable to toxicologically relevant metabolites, including tenuazonic acid (TeA), were observed, whereas under treated conditions these signals appeared attenuated. In the non-volatile profile, some variables annotated as host-selective toxins were detected selectively in one treated condition, suggesting that the formulation effect may be associated not only with quantitative decreases but also with treatment-specific reorganisations of the fungal response. Overall, this thesis proposes an integrated framework in which mycotoxicological risk and quality control are addressed through a multi-method approach, including NIR models for rapid monitoring, analytical evaluations focused on extract complexity, and in vitro testing of fermented protein products as mitigation tools. The findings indicate that the assessment of sustainable strategies can benefit from the combined consideration of antifungal efficacy and metabolomic modulation, taking into account not only fungal growth but also changes in secondary metabolism and in the volatile compound profile, with a view to potential applicability in operational settings.
Food safety and quality in the tomato processing chain: control and sustainable mitigation strategies for Alternaria toxins.
SQUARZONI, ALESSANDRA
2026
Abstract
Le micotossine prodotte da Alternaria rappresentano un rischio per diverse filiere agroalimentari, possono comparire come contaminanti naturali e contribuire all’esposizione del consumatore. Nel caso del pomodoro e dei suoi trasformati, le valutazioni di rischio dell’Autorità Europea per la Sicurezza Alimentare (EFSA) hanno richiamato l’attenzione sulla possibile presenza di tossine di Alternaria. In questo contesto, la presente tesi affronta il rischio di contaminazione naturale da micotossine di Alternaria nella filiera industriale del pomodoro, integrando tecniche analitiche di controllo del processo di trasformazione con un approccio di mitigazione sostenibile del rischio per limitare l’impiego di fungicidi chimici e con l’obiettivo di supportare decisioni operative in campo industriale. Un primo argomento di ricerca ha riguardato lo sviluppo e la validazione di un approccio basato su spettroscopia nel vicino infrarosso (NIR) per il controllo della qualità in ambiente industriale nella filiera dei trasformati di pomodoro. Spettri acquisiti su campioni di filiera sono stati integrati con misure di riferimento per costruire e aggiornare calibrazioni multivariate orientate alla stima non distruttiva di parametri tecnologici e di processo. Tra i principali risultati, i modelli hanno mostrato prestazioni dipendenti dalla tipologia di prodotto e dalla numerosità campionaria, evidenziando la necessità di un aggiornamento strutturato per mantenere la robustezza in condizioni operative.Il secondo argomento di studio è stato dedicato ad aspetti analitici legati alle tossine di Alternaria in prodotti derivati dal pomodoro, con attenzione alle criticità introdotte dalla complessità dell’estratto e dalla co-estrazione non target in approcci di tipo QuEChERS. In questo studio è emerso che la composizione dell’estratto e la co-estrazione di componenti non target possono influenzare l’affidabilità del segnale e la sua interpretazione, rafforzando l’importanza di valutare la robustezza metodologica in matrici industriali. Il terzo studio ha esplorato idrolizzati proteici vegetali ottenuti per fermentazione con Bacillus amyloliquefaciens o Trichoderma reesei e formulati in polvere mediante spray-drying, valutandone l’attività antifungina in vitro verso ceppi di Alternaria e la risposta metabolica del fungo. L’attività antifungina, valutata con diffusione in agar e microdiluizione (MIC/MFC), ha evidenziato un comportamento fortemente ceppo-dipendente e differenze tra i due fermentati in funzione del test. In parallelo, l’analisi dei metaboliti non volatili (UHPLC–QTOF) e dei composti volatili (HS-SPME/GC) ha mostrato una rimodulazione dei profili metabolici dipendente dal tempo e dal trattamento. Nel controllo su PDA sono risultati evidenti segnali associati a metaboliti di interesse tossicologico, tra cui l’acido tenuazonico, mentre nelle condizioni trattate tali segnali risultano attenuati. Nel profilo non volatile, alcune variabili annotate come tossine host-selective compaiono in modo selettivo in una delle condizioni trattate, indicando che l’effetto del formulato può associarsi non solo a riduzioni quantitative ma anche a riorganizzazioni specifiche della risposta fungina. Nel complesso, la tesi propone un quadro integrato in cui rischio micotossicologico e controllo qualità sono affrontati con un approccio multimetodologico: modelli NIR per il monitoraggio rapido, valutazioni analitiche legate alla complessità degli estratti e sperimentazione in vitro di fermentati proteici come strumenti di mitigazione. I risultati indicano che la valutazione di strategie sostenibili può beneficiare di una lettura congiunta di efficacia antifungina e rimodulazione metabolica, considerando non solo la crescita fungina ma anche i cambiamenti del metabolismo secondario e del profilo dei composti volatili, in prospettiva di trasferibilità applicativa.I documenti in SFERA sono protetti da copyright e tutti i diritti sono riservati, salvo diversa indicazione.
